The Origins of Concentric Demyelination: Self-Organization in the Human Brain

Baló's concentric sclerosis is a rare atypical form of multiple sclerosis characterized by striking concentric demyelination patterns. We propose a robust mathematical model for Baló's sclerosis, sharing common molecular and cellular mechanisms with multiple sclerosis. A reconsideration of the analogies between Baló's sclerosis and the Liesegang periodic precipitation phenomenon led us to propose a chemotactic cellular model for this disease. Rings of demyelination appear as a result of self-organization processes, and closely mimic Baló lesions. According to our results, homogeneous and concentric demyelinations may be two different macroscopic outcomes of a single fundamental immune disorder. Furthermore, in chemotactic models, cellular aggressivity appears to play a central role in pattern formation

Current concepts of polymicrogyria

Polymicrogyria is one of the most common malformations of cortical development. It has been known for many years and its clinical and MRI manifestations are well described. Recent advances in imaging, however, have revealed that polymicrogyria has many different appearances on MR imaging, suggesting that is may be a more heterogeneous malformation than previously suspected. The clinical and imaging heterogeneity of polymicrogyria is explored in this review

Cortical injury in multiple sclerosis; the role of the immune system

The easily identifiable, ubiquitous demyelination and neuronal damage that occurs within the cerebral white matter of patients with multiple sclerosis (MS) has been the subject of extensive study. Accordingly, MS has historically been described as a disease of the white matter. Recently, the cerebral cortex (gray matter) of patients with MS has been recognized as an additional and major site of disease pathogenesis. This acknowledgement of cortical tissue damage is due, in part, to more powerful MRI that allows detection of such injury and to focused neuropathology-based investigations. Cortical tissue damage has been associated with inflammation that is less pronounced to that which is associated with damage in the white matter. There is, however, emerging evidence that suggests cortical damage can be closely associated with robust inflammation not only in the parenchyma, but also in the neighboring meninges. This manuscript will highlight the current knowledge of inflammation associated with cortical tissue injury. Historical literature along with contemporary work that focuses on both the absence and presence of inflammation in the cerebral cortex and in the cerebral meninges will be reviewed

Die Hirnerschütterung - und ihre Wirkung auf das Gehirn

Bei der Hirnerschütterung entsteht eine momentane Bewußtlosigkeit, welche später eine Amnesie zur Folge hat. Sie kommt gewöhnlich nur zustande, wenn der Schädel zur Zeit des Unfalles frei beweglich ist. Die für den Eintritt der Bewußtlosigkeit erforderliche Beschleunigung beträgt für den Menschen etwa 8—9 m/sec2. Während einigen Tausendstelsekunden erfährt der Kopf eine Beschleunigung von mehr als dem 500fachen der beim freien Fall auftretenden Beschleunigung. In dieser Zeit laufen durch das Hirn kurzdauernde mechanische Wellen in Form einer gedämpften Schwingung ab. Stets ist das ganze Hirn betroffen. Die primären „passiven spezifisch-mechanischen” Schäden (Bewußtseinsverlust und Reaktionslosigkeit, Herabsetzung des EEG) sind scharf zu trennen von den sekundären „reaktiven, nicht spezifisch mechanischen” Schäden vegetativer Art. Die Ursache beruht auf mechanischen „molekularkinetischen Vorgängen” (Welte). Weder die Diagnose einer Commotio noch die einer Contusio sind scharf zu präzisieren. Die Energie der mechanischen Schwingungen führt zu reversiblen Störungen, solange sie in die Toleranzbreite des Gehirns fällt, welche dem klinischen Begriff der Commotio entspricht. Sobald aber diese Grenze überschritten wird, gibt es irreversible Veränderungen (= Contusio). Von den irreversiblen Veränderungen sind besonders die Rindenprellungsherde bemerkenswert, deren Lage und Form den unmittelbar mechanischen. Ursprung erkennen lassen. Die Hirnsubstanz hat thixotrope Eigenschaften, d. h. mechanische Einwirkungen können den Sol- oder Gelzustand des Protoplasmas — ohne Verbrauch oder Abgabe von Wärme — reversibel verändern. Dies geschieht nach unserer Vorstellung durch eine Lockerung der intermolekularen Vernetzungen und Bindungen durch die van der Waalschen Kräfte. Wesentlich ist, daß sich nach einer gewissen Zeit der alte Zustand spontan wieder herstellt. Ist die Einwirkung aber stärker, so werden die molekularen Strukturen selbst zerstört, so daß eine Wiedererholung nicht möglich ist. Durch experimentelle Untersuchungen hat sich feststellen lassen, daß das Hirn, speziell seine graue Substanz, bedeutende thixotrope Eigenschaften besitzt. Neue Tierexperimente von I. S. Meyer und Denny-Brown haben gezeigt, daß bei der Erschütterung in der Rinde ein Verletzungspotential auftritt, gleichzeitig mit einer Depolarisation der Membran der Ganglienzelle. Diese Vorkommnisse sind reversibel. Wir dürfen wohl annehmen, daß die Störung des Membranpotentials der physikalische Ausdruck für die Thixotropie des Zellinhaltes ist. Die Ergebnisse stimmen gut zu den klinischen Beobachtungen. Die Hirnrinde steht bei den primären, der Hirnstamm bei den sekundären Hirnerschütterungsfolgen im Vordergrund. Neben den makroskopisch auffälligen gibt es auch unscheinbare anatomische Schäden, welche für die posttraumatische Enzephalopathie von Bedeutung sind (Orthner). Auf die Folgen einer chronischen Hirnerschütterung (Boxer) und die mögliche Begünstigung des Eintritts eines synäretischen Syndroms nach Kopftrauma wird hingewiesen.Brain concussion usually leads to a momentary loss of consciousness, which later results in an amnesia. In general, loss of consciousness only occurs if the skull had been freely movable at the time of the impact. In man loss of consciousness sets in only, if the impact has moved the skull with an acceleration of at least 8—9 m./sec.2. For a few thousandths of a second the head will experience an acceleration of more than 500 times that of a free fall. During this period very brief mechanical waves move through the brain in the form of damped oscillations. The entire brain is always affected. The primary “passive, specific, mechanical” damage (loss of consciousness, lack of reaction, decreased electroencephalographic activity) must be distinguished from the secondary “reactive, non-specific mechanical” damage related to the autonomic nervous system. Brain concussion and contusion can not be precisely delineated and differentiated. The energy of the mechanical oscillations cause disturbances which are reversible, as long as they do not exceed a certain limit of tolerance of the brain: the corresponding clinical picture is concussion. If the limit is exceeded, however, irreversible damage occurs, which finds its clinical expression in “contusion”. Particularly important among the irreversible changes are the foci of contusion in the meninges. Their localization ad shape is evidence of the mechanical origin of the damage. The brain substance has thixotropic properties, i.e. mechanical factors may reversibly alter the sol or gel state of the protoplasm without any thermal change. The authors believe this change to be due to altered inter-molecular forces. In any case, the previous state is spontaneously restored. If the force is very strong, the molecular structure is destroyed making a restoration to the previous state impossible. Experiments have shown the thixotropic properties of the brain, especially the grey matter. According to experiments by Meyer and Denny-Brown, concussion produces cortical injury potentials simultaneously with depolarisation of the membrane of ganglion cells. These changes are reversible. It may be assumed that the disturbed membrane potential is the mechanical expression of the thixotropic state of the cell interior. The experimental results are in good agreement with the clinical observations. Primary damage in concussion is chiefly to the cortex, while secondary damage is chiefly to the brain stem. In addition to the macroscopic changes there are many microscopic ones, which are important in the causation of post-traumatic encephalopathies. The sequelae of chronic concussion (e.g. in boxers) and the possible occurrence of colloidal changes (“syncretic syndrome”) after trauma to the head are discussed.En la conmoción cerebral tiene lugar una pérdida momentánea de la conciencia seguida más tarde de una amnesia. En general solamente se produce cuando el cráneo puede desplazarse libremente en el momento del accidente. La aceleración necesaria para la aparición de la pérdida de la conciencia, es en el hombre aproximadamente de 8—9 m/seg. Durante unas milésimas de segundo experimenta la cabeza una aceleración 500 veces mayor de la que se da en la caída libre. Durante este tiempo atraviesan el cerebro ondas mecánicas de corta duración en forma de oscilación atenuada. Siempre se encuentra afectado todo el cerebro. Las lesiones primarias «pasivas y mecánicamente específicas» (pérdida de la conciencia y capacidad de reacción, atenuación en el EEG), deben separarse claramente de las lesiones secundarias, «reactivas, no mecánicamente específicas” y de carácter vegetativo. La causa estriba en «procesos cinético-moleculares» (Welte). Ni el diagnóstico de la conmoción ni siquiera el de la contusión pueden precisarse exactamente. La energía de las oscilaciones mecánicas determina lesiones reversibles mientras se encuentre dentro de los límites de tolerancia del cerebro, como corresponde al concepto clínico de la conmoción. Pero tan pronto se han pasado dichos límites, hay lesiones irreversibles (contusión). Entre las lesiones irreversibles merecen especial atención los focos de compresión cortical, cuya situación y forma permiten reconocer su origen directamente mecánico. La sustancia cerebral tiene caracteres tixotrópicos, es decir que las acciones mecánicas pueden modificar reversiblemente el estado de gel o sol del proto-plasma sin consumir o liberar calor. Esto sucede a nuestro parecer por una relajación del entrelazado y unión intermoleculares debido a las fuerzas de Van der Waals. Es fundamental que se instaure al cabo de cierto tiempo y espontáneamente el estado anterior. Pero si la acción ha sido más intensa, se destruyen las estructuras moleculares mismas, de modo que la recuperación no es ya posible. Investigaciones experimentales han permitido comprobar que el cerebro, y en particular la sustancia gris, poseen importantes propiedades tixotrópicas. Nuevas experimentaciones animales de I. S. Meyer y Denny-Brown, han mostrado que en la conmoción aparece un potencial de lesión y simultáneamente una despolarización de la membrana de la célula ganglionar en la corteza. Estos hechos son reversibles. Podemos aceptar pues, que el trastorno del potencial de membrana es la expresión física de la tixotropía del contenido celular. Los resultados concuerdan con las observaciones clínicas. La corteza cerebral ocupa el primer plano en las consecuencias primarias de la conmoción cerebral, y el tallo cerebral en las secundarias. Junto a las lesiones anatómicas macroscópicas evidentes, existen otras inaparentes, de importancia en la encefalopatía posttraumática (Orthner). Se llama la atención sobre las consecuencias de las conmocionés cerebrales crónicas (boxeo) y la posible facilitación de la aparición de un síndrome sinerético tras el trauma craneal