Flux de vie

Aperçu: G.M.

Les neurosciences cognitives développementales sont en plein essor, mais de nouveaux défis et de nouvelles questions se posent. Je soutiens que nous avons besoin d’une vue d’ensemble et d’un cadre évolutif. Cela pose certains problèmes, tels que la nécessité de réécrire la vieille histoire de la nature et de l'éducation, et la nécessité d'enquêter systématiquement sur les prédispositions innées. Bien que l’imagerie cérébrale ait fourni de très bonnes idées et de nouvelles énigmes à résoudre, ses limites ne doivent pas être ignorées. 

Peuvent-ils nous aider à en savoir plus sur la mesure dans laquelle le cerveau du nourrisson configure déjà le cerveau de l'adulte? 

Pouvons-nous découvrir pourquoi les troubles du développement neurologique ont souvent de graves conséquences sur la cognition et le comportement, malgré la force atténuante de la plasticité cérébrale? 

Je souhaite encourager les chercheurs de demain à prendre des risques en laissant leur imagination inspirer des théories pour poursuivre des questions difficiles. Je termine par une liste de sujets, allant des kits de démarrage au raisonnement abstrait, qui, je l’espère, pourront être abordés à nouveau. Cependant, collecter des données physiologiques et comportementales ne suffit pas. Nous avons besoin d'une compréhension plus profonde des mécanismes du développement cognitif. 

Dev Cogn Neurosci. 2019 Jun 1;38:100669. doi: 10.1016/j.dcn.2019.100669.

Flux of life

Frith U¹.

Author information

1

UCL Institute of Cognitive Neuroscience, United Kingdom. Electronic address: u.frith@ucl.ac.uk.

Abstract

Developmental cognitive neuroscience is flourishing but there are new challenges and new questions to be asked. I argue that we need a bigger picture and an evolutionary framework. This brings some challenges, such as the need to rewrite the old story of nature and nurture, and the need to systematically investigate innate predispositions. While brain imaging has provided some splendid insights and new puzzles to solve, its limitations must not be ignored. Can they help us to find out more about the extent to which the infant brain already configures the adult brain? Can we find out why neurodevelopmental disorders often have severe consequences on cognition and behaviour, despite the mitigating force of brain plasticity? I wish to encourage researchers of the future to take risks by letting their imagination inspire theories to pursue hard questions. I end with a wish list of topics, from start-up kits to abstract reasoning, that I hope can be tackled afresh. However, collecting physiological and behavioural data is not enough. We need a deeper understanding of the mechanisms of cognitive development.

Copyright © 2019. Published by Elsevier Ltd.

PMID:31176283

DOI:10.1016/j.dcn.2019.100669

Engrammes inhibitrices dans la perception et la mémoire

Traduction: G.M.

Proc Natl Acad Sci U S A. 2017 Jun 13. pii: 201701812. doi: 10.1073/pnas.1701812114.

Inhibitory engrams in perception and memory

Barron HC^1,2, Vogels TP³, Behrens TE^1,4, Ramaswami M^5,6.

Author information

1

The Oxford Centre for Functional Magnetic Resonance Imaging of the Brain, University of Oxford, Oxford OX3 9DU, United Kingdom; helen.barron@merton.ox.ac.uk tim.vogels@cncb.ox.ac.uk behrens@fmrib.ox.ac.uk mani.ramaswami@tcd.ie.

2

Medical Research Council Brain Network Dynamics Unit, Department of Pharmacology, University of Oxford, Oxford OX1 3QT, United Kingdom.

3

Centre for Neural Circuits and Behaviour, University of Oxford, Oxford OX1 3SR, United Kingdom; helen.barron@merton.ox.ac.uk tim.vogels@cncb.ox.ac.uk behrens@fmrib.ox.ac.uk mani.ramaswami@tcd.ie.

4

The Wellcome Trust Centre for Neuroimaging, Institute of Neurology, University College London, London WC1N 3BG, United Kingdom.

5

Trinity College Institute of Neuroscience, School of Genetics and Microbiology and School of Natural Sciences, Trinity College Dublin, Dublin, Ireland; helen.barron@merton.ox.ac.uk tim.vogels@cncb.ox.ac.uk behrens@fmrib.ox.ac.uk mani.ramaswami@tcd.ie.

6

National Centre for Biological Sciences, Tata Institute of Fundamental Research, Bangalore 560065, India.

Abstract

Les systèmes nerveux utilisent des assemblages de cellules excitatrices pour coder et représenter les perceptions sensorielles. De même, les assemblages de cellules syntaxiquement connectés ou les "engrammes" sont censés représenter des souvenirs de l'expérience passée. Plusieurs lignes de preuves récentes indiquent que les systèmes cérébraux créent et utilisent des répliques inhibitrices de représentations excitatrices pour des fonctions cognitives importantes. De telles «engrammes inhibitrices » compatibles peuvent se former à travers une potentialisation homéostatique de l'inhibition sur des cellules postsynaptiques qui présentent des niveaux d'excitation accrus. Les engrammes inhibitrices peuvent réduire les réponses comportementales à des stimuli familiers, ce qui entraîne une accoutumance comportementale. De plus, en empêchant une activation inappropriée des engrammes à mémoire excitatrice, les engrammes inhibitrices peuvent rendre les mémoires à l'état de repos, stockées sous une forme latente disponible pour une activation contextuelle. Dans les réseaux de neurones avec des engrammes excitatrices et inhibitrices équilibrées, la libération de réponses innées et le rappel des souvenirs associatifs peuvent se produire par désinhibition ciblée. La compréhension des mécanismes qui régulent la formation et l'expression des engrammes inhibitrices in vivo peut aider non seulement à expliquer les caractéristiques clés de la cognition, mais aussi à fournir un aperçu des traits transdiagnostiques associés à des affections psychiatriques telles que l'autisme, la schizophrénie et le syndrome de stress post-traumatique.
Nervous systems use excitatory cell assemblies to encode and represent sensory percepts. Similarly, synaptically connected cell assemblies or "engrams" are thought to represent memories of past experience. Multiple lines of recent evidence indicate that brain systems create and use inhibitory replicas of excitatory representations for important cognitive functions. Such matched "inhibitory engrams" can form through homeostatic potentiation of inhibition onto postsynaptic cells that show increased levels of excitation. Inhibitory engrams can reduce behavioral responses to familiar stimuli, thereby resulting in behavioral habituation. In addition, by preventing inappropriate activation of excitatory memory engrams, inhibitory engrams can make memories quiescent, stored in a latent form that is available for context-relevant activation. In neural networks with balanced excitatory and inhibitory engrams, the release of innate responses and recall of associative memories can occur through focused disinhibition. Understanding mechanisms that regulate the formation and expression of inhibitory engrams in vivo may help not only to explain key features of cognition but also to provide insight into transdiagnostic traits associated with psychiatric conditions such as autism, schizophrenia, and posttraumatic stress disorder.

PMID:2811219

DOI:1.1073/pnas.1701812114

La plasticité synaptique dépendant de l'activité module la phase critique du développement du cerveau

Traduction: G.M.

Brain Dev. 2015 Oct 26. pii: S0387-7604(15)00220-X. doi: 10.1016/j.braindev.2015.10.008.

Activity-dependent synaptic plasticity modulates the critical phase of brain development

Chaudhury S¹, Sharma V², Kumar V², Nag TC³, Wadhwa S³.

Author information

• ¹Molecular and Behavioral Neuroscience Institute, University of Michigan, Ann Arbor, MI 48109, USA. Electronic address: sraboni@umich.edu
• ²Molecular and Behavioral Neuroscience Institute, University of Michigan, Ann Arbor, MI 48109, USA.
• ³Department of Anatomy, All India Institute of Medical Sciences, New Delhi 110029, India.

Abstract

Plasticity or neuronal plasticity is a unique and adaptive feature of nervous system which allows neurons to reorganize their interactions in response to an intrinsic or extrinsic stimulation and shapes the formation and maintenance of a functional neuronal circuit. Synaptic plasticity is the most important form of neural plasticity and plays critical role during the development allowing the formation of precise neural connectivity via the process of pruning. In the sensory systems-auditory and visual, this process is heavily dependent on the external cues perceived during the development. Environmental enrichment paradigms in an activity-dependent manner result in early maturation of the synapses and more efficient trans-synaptic signaling or communication flow. This has been extensively observed in the avian auditory system. On the other hand, stimuli results in negative effect can cause alterations in the synaptic connectivity and strength resulting in various developmental brain disorders including autism, fragile X syndrome and rett syndrome. In this review we discuss the role of different forms of activity (spontaneous or environmental) during the development of the nervous system in modifying synaptic plasticity necessary for shaping the adult brain. Also, we try to explore various factors (molecular, genetic and epigenetic) involved in altering the synaptic plasticity in positive and negative way.
La plasticité neuronale ou plasticité est une caractéristique unique et adaptative du système nerveux qui permet aux neurones de réorganiser leurs interactions en réponse à une stimulation intrinsèque ou extrinsèque et façonne la formation et le maintien d'un circuit neuronal fonctionnel. La plasticité synaptique est la forme la plus importante de la plasticité neuronale et joue un rôle essentiel lors du développement permettant la formation de la connectivité neuronale précise, via le processus d'élagage. Dans les systèmes-sensoriels auditifs et visuels, ce processus est fortement dépendant des indices externes perçues au cours du développement. Les paradigmes d'enrichissement de l'environnement d'une manière dépendant de l'activité conduisent à une maturation précoce des synapses et à un flux de signalisation ou de communication trans-synaptique plus efficace. Ceci a été largement observé dans le système auditif aviaire. D'autre part, les résultats de stimuli à effet négatif peuvent provoquer des altérations dans la connectivité synaptique et influer fortement dans divers troubles du développement cérébral, y compris l'autisme, le syndrome de l'X fragile et le syndrome de Rett. Dans cette revue, nous discutons le rôle des différentes formes d'activité (spontanée ou environnementale) au cours du développement du système nerveux à modifier la plasticité synaptique nécessaire pour façonner le cerveau adulte. Aussi, nous essayons d'explorer divers facteurs (moléculaire, génétique et épigénétique) impliqués dans la modification de la plasticité synaptique de manière positive et négative.
Copyright © 2015 The Japanese Society of Child Neurology. Published by Elsevier B.V. All rights reserved.

PMID: 26515724

Speech sound discrimination training improves auditory cortex responses in a rat model of autism

Traduction: G.M.

Accès à l'intégralité du texte en anglais

Front Syst Neurosci. 2014 Aug 5;8:137. doi: 10.3389/fnsys.2014.00137. eCollection 2014.

La formation à la discrimination sonore du discours améliore la réponse du cortex auditif dans un modèle de rat de l'autisme

Engineer CT, Centanni TM, Im KW, Kilgard MP.

Author information

• Cortical Plasticity Laboratory, School of Behavioral and Brain Sciences, The University of Texas at Dallas Richardson, TX, USA.

Abstract

Children with autism often have language impairments and degraded cortical responses to speech. Extensive behavioral interventions can improve language outcomes and cortical responses. Prenatal exposure to the antiepileptic drug valproic acid (VPA) increases the risk for autism and language impairment. Prenatal exposure to VPA also causes weaker and delayed auditory cortex responses in rats. In this study, we document speech sound discrimination ability in VPA exposed rats and document the effect of extensive speech training on auditory cortex responses. VPA exposed rats were significantly impaired at consonant, but not vowel, discrimination. Extensive speech training resulted in both stronger and faster anterior auditory field (AAF) responses compared to untrained VPA exposed rats, and restored responses to control levels. This neural response improvement generalized to non-trained sounds. The rodent VPA model of autism may be used to improve the understanding of speech processing in autism and contribute to improving language outcomes. 

Résumé

Les enfants autistes ont souvent des troubles du langage et des réponses corticales dégradées à la parole. Les interventions comportementales intenses peuvent améliorer les résultats du langage et des réponses corticales.  
L'exposition prénatale à l'acide valproïque antiépileptique (VPA) augmente le risque d'autisme et de troubles du langage. L'exposition prénatale au VPA  provoque également à des réponses corticales auditives plus faibles et retardées chez les rats.  
Dans cette étude, nous documentons la capacité de discrimination des sons du discours chez des rats exposés au VPA et nous documentons l'effet d'une formation intense à la parole sur les réponses du cortex auditif.  
Les rats exposés au VPA ont été gravement atteints dans la discrimination des consonnes, mais pas des voyelles.
La formation intense au discours a entraîné dans les champs auditifs antérieurs (FAA) des réponses à la fois plus fortes et plus rapides par rapport aux rats exposés à l'AVP, et non entraînés  et a restauré les réponses pour contrôler les niveaux. Cette amélioration de la réponse neuronale se généralise à des sons non travaillés.  
Le modèle rongeur VPA de l'autisme peut être utilisé pour améliorer la compréhension du traitement de la parole dans l'autisme et de contribuer à l'amélioration des résultats du langage.

PMID: 25140133

Investigating mechanisms underlying neurodevelopmental phenotypes of autistic and intellectual disability disorders: a perspective

Traduction: G.M.

 

Front Syst Neurosci. 2013 Oct 31;7:75. doi: 10.3389/fnsys.2013.00075.

Étude des mécanismes qui sous-tendent les phénotypes sur le développement neurologique de l'autisme et des troubles de la déficience intellectuelle : un point de vue

Kroon T, Sierksma MC, Meredith RM.

Source

Department of Integrative Neurophysiology, Centre for Neurogenomics and Cognitive Research (CNCR), Neuroscience Campus Amsterdam, VU University Amsterdam, Netherlands.

Abstract

Le fonctionnement du cerveau et le comportement subissent plasticité et une amélioration importante, en particulier pendant les périodes critiques et sensibles spécifiques. Dans l'autisme et la déficience intellectuelle (DI ) les troubles du développement neurologique ( NDDs ) et leurs modèles de souris génétiques correspondantes , les déficiences dans plusieurs phénotypes neuronaux et comportementaux sont temporairement régulés et , dans certains cas , transitoires.

 

Cependant, les liens entre les mécanismes neurobiologiques du cerveau qui régissent habituellement le développement comportemental et cérébral sans troubles (appelé aussi développement " neurotypique " ) et le déroulement temporel des déficiences NDD ne sont pas entièrement étudiés.

Cette perspective met en lumière les modèles temporels de trouble synaptique et neuronale , avec une attention limitée à l'autisme et aux types de NDDS dans la déficience intellectuelle.

Compte tenu des différentes causes génétiques et environnementales connues pour les NDDs , cette perspective propose deux stratégies pour enquête :

1. une attention particulière sur les mécanismes neurobiologiques qui sous-tendent les périodes critiques connues dans le développement normal (typique) du cerveau,
2. l'étude des profils de l'expression spatio -temporelle des gènes impliqués dans les syndromes monogéniques dans toutes les régions du cerveau touchées.

 

Cette approche peut aider à expliquer pourquoi de nombreux NDDS avec différentes causes génétiques peuvent entraîner des phénotypes qui se chevauchent à des stades de développement similaires et de mieux prévoir les périodes vulnérables au sein de ces troubles , avec des implications à la fois pour les interventions thérapeutiques et, finalement , pour la prévention.

 

[Brain function and behavior undergo significant plasticity and refinement, particularly during specific critical and sensitive periods. In autistic and intellectual disability (ID) neurodevelopmental disorders (NDDs) and their corresponding genetic mouse models, impairments in many neuronal and behavioral phenotypes are temporally regulated and in some cases, transient. However, the links between neurobiological mechanisms governing typically normal brain and behavioral development (referred to also as "neurotypical" development) and timing of NDD impairments are not fully investigated. This perspective highlights temporal patterns of synaptic and neuronal impairment, with a restricted focus on autism and ID types of NDDs. Given the varying known genetic and environmental causes for NDDs, this perspective proposes two strategies for investigation: (1) a focus on neurobiological mechanisms underlying known critical periods in the (typically) normal-developing brain; (2) investigation of spatio-temporal expression profiles of genes implicated in monogenic syndromes throughout affected brain regions. This approach may help explain why many NDDs with differing genetic causes can result in overlapping phenotypes at similar developmental stages and better predict vulnerable periods within these disorders, with implications for both therapeutic rescue and ultimately, prevention.]

KEYWORDS:

critical periods, development, gene expression, neurodevelopmental disorders, phenotype

PMID: 24198768

Interaction of neurodevelopmental pathways and synaptic plasticity in mental retardation, autism spectrum disorder and schizophrenia: Implications for psychiatry

Traduction: G.M.

World J Biol Psychiatry. 2013 Sep 30.

Interaction des voies neurodéveloppementales et de la plasticité synaptique dans le retard mental , les troubles du spectre de l'autisme et  la schizophrénie : Implications pour la psychiatrie

Waltereit R, Banaschewski T, Meyer-Lindenberg A, Poustka L.

Source

Department of Psychiatry and Psychotherapy, Central Institute of Mental Health and University of Heidelberg, Mannheim Medical Faculty , Mannheim , Germany.

Abstract

Objectives. 

Schizophrenia (SCZ), autism spectrum disorder (ASD) and mental retardation (MR) are psychiatric disorders with high heritability. They differ in their clinical presentation and in their time course of major symptoms, which predominantly occurs for MR and ASD during childhood and for SCZ during young adult age. Recent findings with focus on the developmental neurobiology of these disorders emphasize shared mechanisms of common origin. These findings propose a continuum of genetic risk factors impacting on synaptic plasticity with MR causing impairments in global cognitive abilities, ASD in social cognition and SCZ in both global and social cognition. 

Methods. 

We assess here the historical developments that led to the current disease concepts of the three disorders. We then analyse, based on the functions of genes mutated in two or three of the disorders, selected mechanisms shared in neurodevelopmental pathways and synaptic plasticity. 

Results. 

L'analyse des concepts psychopathologiques soutient l'existence de trois entités cliniques distinctes mais élabore aussi des associations importantes.  
De même, il existe des mécanismes communs en particulier dans la cognition globale et sociale.

Conclusions. 

We discuss implications from this integrated view on MR, ASD and SCZ for child & adolescent and adult psychiatry in pathophysiology and research perspectives.

PMID: 24079538

SYNGAP1 Links the Maturation Rate of Excitatory Synapses to the Duration of Critical-Period Synaptic Plasticity

Traduction expresse : G.M.

J Neurosci. 2013 Jun 19;33(25):10447-52. doi: 10.1523/JNEUROSCI.0765-13.2013.

SYNGAP1 lie le taux de maturation des synapses excitatrices à la durée de la période critique de plasticité synaptique

Clement JP, Ozkan ED, Aceti M, Miller CA, Rumbaugh G.

Source

Departments of Neuroscience and Metabolism and Aging, The Scripps Research Institute, Jupiter, Florida 33458.

Résumé

Les périodes critiques de la plasticité du développement contribuent à l'amélioration des connexions neuronales qui façonnent largement le développement du cerveau.  

Ces fenêtres de plasticité sont considérées comme importantes pour la maturation de la perception, le langage et la cognition. 

Les propriétés synaptiques dans les régions corticales qui sous-tendent les périodes critiques influent sur l'apparition et la durée de ces fenêtres, même si on ne sait pas comment les mécanismes qui façonnent le développement des synapses modifient les propriétés des périodes critiques.

Dans cette étude, nous démontrons que l'inactivation d'un seul exemplaire de SYNGAP1, ce qui provoque une forme étonnamment commune de déficicence intellectuelle sporadique, non avec autisme chez les humains, induit la maturation fonctionnelle précoce généralisée des connexions excitatrices dans le néocortex de souris.

Cette maturation accélérée fonctionnelle a été observée dans des zones distinctes et des couches de néocortex et influence directement la durée de la période critique de plasticité synaptique associée avec amélioration expérience-dépendante des cartes corticales. 

Ces études soutiennent l'idée que le contrôle génétique sur la maturation des synapses influe sur la durée des fenêtres de plasticité des périodes critiques. 

Ces données suggèrent également que la durée des périodes critiques est liée au taux de maturation des synapses dans le développement des capacités intellectuelles .  

Changes in cortical plasticity after mild traumatic brain injury

Traduction : G.M.

Changements dans la plasticité corticale après une lésion cérébrale traumatique légère

Bashir S, Varnet M, Yoo WK, Mizrahi I, Theoret H, Pascual-Leone A.

Source

Berenson-Allen Center for Noninvasive Brain Stimulation, Department of Neurology, Beth Israel Deaconess Medical Center, Harvard Medical School, Boston, MA, USA Autism Research and Treatment Center and AL-Amodi Autism Research Chair, Faculty of Medicine, Department of Physiology, King Saud University, Riyadh, Saudi Arabia.

Objectif

Même après une lésion cérébrale traumatique légère (TBI) les symptômes peuvent être de longue durée et ne jamais se résoudre complètement. Le substrat neurophysiologique de ces déficits durables reste incertain.Le substrat neurophysiologique de ces déficits durables reste incertain.

Méthodes

Nous rapportons ici les résultats d'un homme auparavant en bonne santé testé 2 et 6 semaines après une commotion cérébrale bien documenté. Les résultats ont été comparés avec 12 sujets témoins.Tous les sujets ont subi une imagerie par résonance magnétique (IRM) et par diffusion-tenseur du cerveau (DTI).Les analyses comprenaient une évaluation neuropsychologique et l'évaluation physiologique avec Stimulation Magnétique Trancranienne (TMS) et Electro Encéphalogramme (EEG), balance d'excitateur/inhibiteur et plasticité cérébrale.

Résultats

Bien que l'IRM, le DTI et les évaluations neuropsychologiques n'ont révélé aucune anomalie, les tests neurophysiologiques ont révélé des anomalies infracliniques chez notre patient: (1) la facilitation intracorticale significativement plus élevée que le groupe témoin sur deux points, (2) l'inhibition intracorticale vraisemblablement médiée par des récepteurs GABAB a été l'absence à la semaine 2, mais est revenue à la valeur normale à la semaine 6 (3); des mécanismes anormaux de la plasticité à la semaine 2, qui se normalisent à la semaine 6.

Conclusions

Ces résultats démontrent une altération transitoire de la physiologie cérébrale corticale à la suite d'une commotion cérébrale indépendante des constatations anatomiques et des fonctions neuropsychologiques. Cette étude de cas suggère que des mesures TMS peuvent servir de biomarqueurs sensibles de anomalies cérébrales physiologiques après une commotion cérébrale.

The Emerging Role of microRNAs in Schizophrenia and Autism Spectrum Disorders

Traduction: G.M

Le rôle émergent des microARN dans la schizophrénie et les troubles du spectre autistique. 

Front Psychiatry. 2012;3:39. Epub 2012 Apr 25.  

Affiliation 

Department of Brain and Cognitive Sciences, Picower Institute for Learning and Memory, Massachusetts Institute of Technology Cambridge, MA, USA.  

Résumé 

Les microARN (miARN) sont de petits ARN non-codants conservés tout au long de l'évolution dont la perception importance pour le développement du cerveau et de la maturation est de mieux en mieux comprise. Bien qu'une pléthore de nouvelles découvertes ont fourni des informations nouvelles sur les mécanismes moléculaires de la médiation des miRNA qui influent sur la plasticité du cerveau, leur pertinence pour les maladies neuropsychiatriques avec des déficits connus de la plasticité synaptique, comme la schizophrénie et l'autisme, n'a pas été suffisamment explorée. Dans cette revue, nous discutons de l'intersection entre les connaissances actuelles et anciennes sur le rôle des miARN dans la plasticité du cerveau et sur leur fonction avec un attention particulière portée sur l'implication potentielle des miARN exprimées au niveau cérébral dans la physiopathologie des troubles neuropsychiatriques.