Influence of temporal lobe epilepsy and temporal lobe resection on olfaction

Although temporal lobe epilepsy (TLE) and resection (TLR) impact olfactory eloquent brain structures, their influences on olfaction remain enigmatic. We sought to more definitively assess the influences of TLE and TLR using three well-validated olfactory tests and the tests’ associations with the volume of numerous temporal lobe brain structures. The University of Pennsylvania Smell Identification Test and an odor detection threshold test were administered to 71 TLE patients and 71 age- and sex-matched controls; 69 TLE patients and controls received an odor discrimination/ memory test. Fifty-seven patients and 57 controls were tested on odor identification and threshold before and after TLR; 27 patients and 27 controls were similarly tested for odor detection/discrimination. Scores were compared using analysis of variance and correlated with pre- and post-operative volumes of the target brain structures. TLE was associated with bilateral deficits in all test measures. TLR further decreased function on the side ipsilateral to resection. The hippocampus and other structures were smaller on the focus side of the TLE subjects. Although post-operative volumetric decreases were evident in most measured brain structures, modest contralateral volumetric increases were observed in some cases. No meaningful correlations were evident pre- or post-operatively between the olfactory test scores and the structural volumes. In conclusion, we demonstrate that smell dysfunction is clearly a key element of both TLE and TLR, impacting odor identification, detection, and discrimination/memory. Whether our novel finding of significant post-operative increases in the volume of brain structures contralateral to the resection side reflects plasticity and compensatory processes requires further study

Oscillatory and epileptiform activity in human and rodent cortical regions in vitro

Epilepsy is a chronic neurological disorder in which patients have spontaneous recurrent seizures. Approximately 50 million people worldwide live with epilepsy and of those ~30% fail to adequately respond to anti-epileptic drugs (AEDs), indicating a need for further research. In this study oscillatory and epileptiform activity was explored in the rodent piriform cortex (PC) in vitro, an underexplored brain region implicated in the development of epilepsy. PC gamma oscillations have been studied in both anaesthetised and awake rodents in vivo; however, to date they have not been reported in vitro. Extracellular field potential recordings were made in rodent PC brain slices prepared from 70-100g male Wistar rats in vitro. Application of kainic acid and carbachol reliably induced persistent gamma oscillations (30 – 40 Hz) in layer II of the PC. These oscillations were found to be pharmacologically similar to gamma oscillations previously found in other rodent brain regions in vitro, as they were dependent on GABAA receptors, AMPA receptors and gap junctions. Persistent oscillations were also induced and characterised for the first time in human neuronal tissue in vitro. Human brain slices were prepared from excised tissue from various brain regions (primarily temporal) from paediatric patients undergoing surgery to alleviate the symptoms of drug resistant epilepsy. As in the rodent PC, oscillations were induced by application of kainic acid and carbachol, however, these oscillations were found to be within the beta frequency range (12 – 30 Hz). Despite this difference in frequency band, these beta oscillations were pharmacologically similar to gamma oscillations found in the rodent PC. Seizure-like events (SLEs) were induced in brain slices prepared from 70-100g male Wistar rats via application of zero Mg2+ artificial cerebral spinal fluid (0[Mg]2+ aCSF). The properties of these SLEs were found to be similar between brain regions when recordings were performed in layer II of the anterior and posterior PC and lateral entorhinal cortex (LEC) and the stratum pyramidale of CA1. In the majority of recordings SLEs occurred in the PC before the LEC or CA1 and SLEs were displayed in the PC in a higher proportion of slices than the LEC. The sensitivity of these PC slices to 0[Mg]2+ aCSF was assessed at several stages (24 hours and 1 week (early latent), 4 weeks (mid latent) and 3 months+ (chronic period)) following the reduced intensity status epilepticus (SE) protocol for epilepsy induction compared to age-matched controls (AMCs). A decrease in excitability of the slices was observed in slices prepared from AMC animals with age, as the inter-event interval and latency to first SLE was observed to be longer in slices prepared from aged compared to young AMC animals. Slices prepared from SE animals maintained their youthful hyperexcitability with no difference in IEI or latency to first SLE observed in the early latent period compared to the chronic period. The pharmacoresistance (or sensitivity) of these SLEs to single and double AED challenge was evaluated. Differences in efficacy of the AEDs were found between SE and AMC in the mid-latent period; increased efficacy of Na+ channel modulating AEDs were found in slices prepared from SE compared to AMC animals. The proportion of slices that displayed pharmacoresistance of these SLEs to AEDs was found to be higher in slices prepared from young animals (early latent period and AMCs), and was similar to that found clinically in human patients. The pharmacoresistance of the SLEs to AEDs was lower in slices prepared from older animals (mid latent, chronic and AMCs) compared to young animals (early latent and AMCs). This age-dependent reduction in resistance likely reflects normal alterations in neuronal networks with ageing. SLEs induced in young control PC slices could be exploited as a new in vitro model of drug resistant epilepsy. Overall, oscillatory and epileptiform activity in the PC and human cortex in vitro could be further explored as tools to evaluate the efficacy and mechanism of action of newly developed AEDs, as well as to explore the networks involved in drug resistant epilepsy

Studio FMRI dell'olfatto. Componenti percettive e cognitive dell'elaborazione corticale di quattro aromi familiari.

2009/2010L’olfatto, insieme al gusto, è il senso che maggiormente lega la specie umana con le altre specie animali. Olfatto e gusto hanno un forte valore evolutivo, sono sistemi d’allarme, fondamentali per la sopravvivenza dell’individuo e della specie. Quest’importanza evolutiva dipende dal fatto che sono in grado di estrarre informazioni chimiche dall’ambiente che permettono all’individuo di valutare eventuali rischi legati all’assunzione di cibi potenzialmente tossici o dannosi.XXIII Cicl

El sistema de neuronas espejo y su activación en movimientos coordinados complejos

INTRODUCCIÓN Durante la observación de los movimientos realizados por los demás, la información visual se integra con las representaciones motoras, somatosensoriales y los recuerdos cinestésicos correspondientes, así como con las representaciones de los objetivos internos, instrucciones y la preferencia en la realización del movimiento. Los procesos corticales subyacentes han sido evaluados en monos y en humanos a través de la neuroimagen. En conjunto, estos estudios apuntan a una "equivalencia funcional" o "representaciones motoras compartidas" entre los procesos corticales de la observación del movimiento y la ejecución, en consonancia con el concepto de un sistema innato de procesamiento de la percepción con la producción motora desarrollado por especies sociales para la comprensión de las acciones y las intenciones de los miembros del grupo en el que se encuentran o al que pertenecen. Las neuronas espejo no son neuronas especiales, sino neuronas que tienen la capacidad de funcionar como un espejo. Se comprobó que el sistema se activaba en los seres humanos, comprobando que un individuo mirando un movimiento activa las áreas premotoras como si él lo estuviese realizando. Las áreas de Brodmann que pertenecen a este sistema de neuronas espejo son: AB 4, 6, 40, 44, 45 OBJETIVOS Evaluar la actividad cerebral y la participación del sistema de neuronas espejo ante estímulos de imaginación y observación de movimientos coordinados complejos, empleando el electroencefalograma como método de análisis. Como objetivos específicos nos propusimos: Analizar la activación cerebral empleando la tomografía electromagnética de baja resolución determinando las áreas de mayor intensidad. Analizar las bandas donde se produce una mayor actividad en los procedimientos de imaginación y observación de los tres movimientos coordinados complejos propuestos. Analizar la actividad de las áreas vinculadas con el sistema de neuronas espejo y comprobar si la metodología propuesta es una alternativa para su evaluación. DISEÑO Y METODOLOGÍA El diseño del trabajo fue de tipo transversal, observacional y descriptivo, al buscar obtener datos descriptores de la muestras, eligiendo una serie de casos. Cuando se determinó la significancia de las diferencias en las muestras dependientes se realizó un diseño analítico, al buscar evaluar una presunta relación causal entre dos factores, por lo que se analizaron las relaciones entre las variables. La muestra estuvo formada por 41 voluntarios (30 mujeres y 11 hombres), estudiantes de fisioterapia, terapia ocupacional o del master universitario en neuro-rehabilitación de la Universidad Católica San Antonio de Murcia, con edades comprendidas entre los 18 y los 40 años (media= 24 años). El EEG fue registrado con 32 canales Neuronic equipo Medicid (Neuronic, Cuba, La Habana) (Fig. 5.8.) utilizando un electrocap estándar (Fig. 5.7.) de 10 a 20. Se utilizaron 32 canales (Fz, pFz, Cz, pCZ, Pz, Oz, Fp1, Fp2, F3, F4, F7, F8, PF3, PF4, pC3, C4, PC4, T1, T2, T3, T4, T3A, T4A, T5, T6, P3, P4, O1 y O2), seleccionando las bandas en las siguientes amplitudes, aunque nuestro estudio se centrará en las amplitudes entre los 8,12 y los 19 Hz: Delta: 1Hz ¿ 4Hz; Theta: 4,12Hz ¿ 8Hz; Alpha1: 8,12Hz ¿ 10Hz; Alpha2: 10,12Hz ¿ 13Hz; Beta: 13,12 ¿ 19Hz. A todos los sujetos se le realizaron 11 registros de EEG, atendiendo a los siguientes estados: A: Permanecer con los ojos cerrados. B: Permanecer con los ojos abiertos (EB). C: Imaginar con los ojos abiertos que se está levantando de la silla y sentándose sucesivamente. D: Observar un video de una persona que está levantándose y sentándose de la silla sucesivamente. E: Imaginar con los ojos abiertos que se está levantando de la silla y sentándose sucesivamente tras haber visto el video. F: Imaginar con los ojos abiertos que está andando. G: Observar un video de una persona que está andando. H: Imaginar con los ojos abiertos que está andando tras haber visto el video. I: Imaginar con los ojos abiertos que está haciendo el pino (equilibrio sobre las manos). J: Observar un video de una persona haciendo el pino. K: Imaginar con los ojos abiertos que está haciendo el pino (equilibrio sobre las manos) tras haber visto el video. Se realizó el registro, la edición, el análisis cuantitativo, la localización de fuentes (método LORETA (del inglés Low-resolution Electromagnetic Tomography), la visualización tomográfica y el análisis estadístico (prueba T2 de Hotelling). RESULTADOS Cuando analizamos la banda alpha1los análisis realizados entre el estado basal con ojos abiertos y las condiciones C, D, E y H. Entre las condiciones EB y F se hallaron unas diferencias significativas extremadamente concretas en las áreas de Brodmann (AB) 18. Las diferencias significativas de las soluciones LORETA entre EB y G muestran que el AB 9 y 11. Observamos en el análisis que aparece una proyección en las condiciones EB e I en el AB 19. Si la condición que comparamos con el EB la condición J se activa AB 9 y 46. También se compararon EB y K, obteniendo diferencias significativas en AB 18 y 19. Cuando analizamos la banda alpha 2 en las condiciones EB y A la actividad se produce en AB 17, 18 y 19. Cuando analizamos las condiciones EB y H se pudo comprobar como las diferencias significativas las encontramos en el lóbulo frontal del hemisferio derecho de AB 10, 38, 44, 45, 46. Cuando valoramos las diferencias significativas entre EB y K, y observamos la actividad de áreas como el AB 18 y el AB 19. En los análisis realizados en la banda beta aparecen diferencias significativas en las condiciones A, F, G, H, I, J y K. Comenzando con el análisis de las diferencias significativas de las condiciones EB y A, destacamos como en las bandas alpha el predominio de las actividades en el lóbulo occipital tiene un carácter unilateral dado que la actividad se concentra en el hemisferio derecho del AB 39 y de AB 11, 20, 27 y 40. Cuando valoramos las diferencias significativas entre EB y F observamos que aparece un solo área, el AB 40. Mayor cantidad de diferencias significativas encontramos cuando comparamos EB y G, donde las áreas AB 1, 3, 4, 21, 22,40, 42, 44 y 48 son las que más activación presentan. Las diferencias significativas entre EB y H se presentan en AB 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 20, 22, 28, 35, 36, 43 y 44. Las diferencias significativas de las condiciones EB y J nos enseñan una actividad unilateral de AB 7, 18, 19, 39. En último lugar dentro de las diferencias significativas dependientes en la banda beta observamos que cuando comparamos las condiciones EB y K obtenemos todos los valores en un margen muy pequeño en AB 2, 3, 4, 6, 48. Si valoramos las diferencias significativas entre las condiciones C y E se observa que las diferencias se proyectan de modo bilateral, aunque el mapa de activación proyecta áreas de máximas intensidades en mayor cantidad en el hemisferio izquierdo en AB 2, 3, 4, 6, 8, 11, 22, 23, 36, 37, 40 y 48. Si comparamos las condiciones F y H se activan AB 6, 7, 8, 17, 18, 19, 23 y 44. Observamos, al analizar I y K que en las tres bandas se observan diferencias significativas en las AB 18 y AB 48, así como en las AB 2, 5, 8, 17, 21, 40, 43 y 46. CONCLUSIONES El uso del electroencefalograma, empleando la tomografía electromagnética de baja resolución es útil para detectar las áreas de máxima actividad en la corteza cerebral ante los procedimientos de imaginación y observación de dos de los tres movimientos coordinados complejos propuestos. La banda más activa en la descripción de las áreas que presentan máximas intensidades en las condiciones estudiadas es la beta El uso del electroencefalograma, empleando la tomografía electromagnética de baja resolución es útil para detectar la actividad en las áreas vinculadas con el sistema de neuronas espejo, en los tres movimientos coordinados complejos propuestos. El uso del video es útil para la activación del sistema de neuronas espejo, con actividad principal en las áreas motoras de las bandas alpha.MedicinaTerapia y Rehabilitació