Developmental-like responses in injured mature central neurons

Traumatic insults to the central nervous system are frequently followed by profound and irreversible neuronal loss as well as the inability of the damaged neurons to regenerate. One of the major therapeutic challenges is to increase the amount of surviving neurons after trauma. Thus it is crucial to understand how injury affects neuronal responses and which conditions are optimal for survival to prevent neuronal loss. During development neuronal survival is thought to be dependent on the competition for the availability of survival-promoting molecules called neurotrophic factors. Much less is known on the survival mechanisms of mature neurons under traumatic conditions. Increasing amount of evidence points towards the possibility that after injury neuronal responses might aquire some developmental characteristics. One of the important examples is the change in the responses to the neurotransmitter GABA: it is inhibitory in the intact mature neurons, but can induce excitation during development and after trauma. An important step in the maturation of GABAergic transmission in the CNS is the developmental shift in the action of GABAA receptor from depolarization in immature neurons to hyperpolarization in mature neurons. GABAA-mediated responses are tightly linked to the homeostasis of the chloride anion (Cl-), which in neurons is mainly regulated by Na+-K+-2Cl- cotransporter NKCC1 and K+-Cl- cotransporter KCC2. Trauma-induced functional downregulation of KCC2 promotes a shift from hyperpolarizing GABAA-mediated responses to depolarizing. Other important consequences of neuronal trauma are the emergence of dependency of central neurons on brain-derived neuro¬trophic factor (BDNF) for survival, as well as the upregulation of neurotrophin receptor p75NTR. Our aim was to answer the question whether these post-traumatic events are interrelated, and whether the regulation of BDNF and KCC2 expression is different under traumatic conditions and in intact neurons. To study responses of injured mature central neurons, we used an in vitro and in vivo axotomy models. For in vitro studies, we lesioned organotypic hippocampal slices between CA3 and CA1 regions, which resulted in selective axotomy of the CA3 neurons and denervation of the CA1 neurons. Some experiments were repeated in vivo by lesioning the neurons of the corticospinal tract at the internal capsule level, or by lesioning spinal motoneurons at the ventral root. We show that intact mature neurons do not require BDNF for survival, whereas in axotomized neurons apoptosis is induced upon BDNF deprivation. We further show that post-traumatic dependency on BDNF is mediated by injury-induced upregulation of p75NTR. Post-traumatic increase in p75NTR is induced by GABAA-mediated depolarization, consequent opening of voltage-gated Ca2+ channels, and the activation of Rho kinase ROCK. Thus, post-traumatic KCC2 downregulation leads to the dependency on BDNF through the induction of p75NTR upregulation. Neurons that survive after axotomy over longer period of time lose BDNF dependency and regain normal KCC2 levels. This phenomenon is promoted by BDNF itself, since after axotomy contrary to normal conditions KCC2 is upregulated by BDNF. The developmentally important thyroid hormone thyroxin regulates BDNF expression during development. We show that in mature intact neurons thyroxin downregulates BDNF, whereas after axotomy thyroxin upregulates BDNF. The elevation of BDNF expression by thyroxin promoted survival of injured neurons. In addition, thyroxin also enhanced axonal regeneration and promoted the regaining of normal levels of KCC2. Thus we show that this hormone acts at several levels on the axotomy-initiated chain of events described in the present work, and could be a potential therapeutic agent for the injured neurons. We have also characterized a previously unknown downregulatory interaction between thyroxin and KCC2 in intact neurons. In conclusion, we identified several important interactions at the neurotrophin-protein and hormone-neurotrophin level that acquire immature-like characteristics after axotomy and elucidated an important part of the mechanism by which axotomy leads to the requirement of BDNF trophic support. Based on these findings, we propose a new potential therapeutic strategy where developmentally crucial agents could be used to enhance survival and regeneration of axotomized mature central neurons.Keskushermoston vauriotiloihin liittyy usein huomattava palautumaton hermosolukato. Tärkeimpiä tutkimuksen haasteita onkin lisätä eloonjääneiden hermosolujen määrää. Kehityksen aikana hermosolujen eloonjäämisen tiedetään riippuvan hermokasvutekijöistä, mm. aivoperäisestä hermokasvutekijästä (BDNF:sta). Kypsien hermosolujen elonjäämistä säätelevistä mekanismeista vaurion yhteydessä tiedetään kuitenkin paljon vähemmän. Trauman jälkeen hermosolujen vasteet näyttävät väliaikaisesti saavan kehityksenaikaisia ominaisuuksia. Tärkeä esimerkki on muutos vasteissa välittäjäaine GABA:lle. GABA on ärsytystä estävä (hyperpolarisoiva) terveissä kypsissä hermosoluissa, mutta toimii ärsytystä lisäävänä (depolarisoivana) kehittyvissä hermosoluissa. Trauman jälkeen GABA on depolarisoiva myös kypsissä neuroneissa. GABA:n virheetön toiminta edellyttää tiukkaa kloriditasapainoa, joka vuorostaan riippuu mm kalium-kloridikotransportteri KCC2:sta. Vaurion jälkeen KCC2:n ilmentyminen hermosoluissa pienenee johtaen siihen että vasteet GABA:lle muuttuvat depolarisoiviksi. Tutkimuksessa selvittiin tämän muutoksen vaikutuksia hermosoluihin, sekä etsittiin mahdollisuuksia edistää niiden eloonjäämistä hermosolun viejähaarakkeen (aksonin) mekaanisen vaurion jälkeen. Tutkimuksessa käytettiin hiiren aivojen solunäytteitä, joille aiheutettiin mekaaninen aksonivaurio. Osa tärkeimmistä tuloksista toistettiin hiiri- ja rottamalleissa, joissa tutkittiin mekaanisen vaurion vaikutuksia kortikospinaaliradan hermosoluihin sekä selkäytimen mononeuroneihin. Tulokset osoittavat, että GABA:n aikaansaama depolarisaatio aiheuttaa hermokasvutekijäreseptori p75:n ekpressiotason lisääntymistä. Tämä puolestaan johtaa siihen, että vaurioituneet hermosolut tulevat riippuvaisiksi BDNF:sta. Havainto selittää sen, että vaurioituneissa neuroneissa BDNF:n puute johtaa ohjelmoituun solukuolemaan; kun taas terveet kypsät hermosolut, joissa GABA on hyperpolarisoiva, eivät tarvitse BDNF:a. Tutkimustulokset osoittavat, että nesteenpoistolääke bumetanidi, joka pystyy salpaamaan GABA-depolarisaation vaurioituneissa hermosoluissa, estää BDNF- riippuvuudesta johtuvaa hermosolujen kuolemaa. Bumetanidin käyttömahdollisuuksia vaurioituneen keskushermoston hoidossa on syytä jatkossa tutkia laajemmin. Kehityksellisesti tärkeä hormoni tyroksiini lisää BDNF:n ilmentymistä epäkypsissä hermosoluissa. Tulostemme mukaan tyroksiini lisää BDNF:n ilmentymistä myös vauriotuneissa hermosoluissa. Koska nämä ovat riippuvaisia BDNF:sta, lisää tyroksiini täten vaurioituneiden hermosolujen eloonjäämistä. Lisäksi tutkimuksessamme tyroksiini lisäsi hermosolujen regeneraatiota sekä edisti normaalin KCC2:n ekspression saavuttamista. Tulokset rohkaisevat lisätutkimuksiin tyroksiinin terapeuttisesta potentiaalista vaurioituneessa keskushermostossa. Työssä on kuvattu useita tärkeitä vuorovaikutuksia, jotka saavat kehityksenaikaisia piirteitä aksonivaurion jälkeen, sekä selvitetty miten vaurionjälkeinen muutos GABA:n signaloinnissa vaikuttaa hermosolujen eloonjäämiseen. Tulosten pohjalta voidaan mahdollisesti kehittää uusia terapeuttisia lähestymistapoja, joissa hermosolujen eloonjäämistä edistetään GABA-järjestelmään vaikuttavien lääkkeiden kautta, sekä käytetään kehityksellisesti tärkeitä molekyylejä edistämään vaurioituneen keskushermoston paranemista

ОКРЕМІ АСПЕКТИ ПРОВЕДЕННЯ МІСЦЕВИХ ВИБОРІВ В УКРАЇНІ: ПРОБЛЕМИ ТА СПОСОБИ ЇХ ВИРІШЕННЯ

У статті аналізуються окремі правові та практичні аспекти проведення місцевих виборів в Україні, виявлено існуючі проблеми у виборчому процесі та запропоновано способи їх вирішення. На початку дослідження окреслено сутність поняття «вибори» та «місцеві вибори», наведено різні точки зору вчених на тлумачення цих двох понять. Основна частина статті присвячена характеристиці принципів, на яких ґрунтується проведення місцевих виборів в нашій державі. Такими принципами є загальне, рівне і пряме виборче право, вільність виборів, таємність голосування, особисте голосування. У ході дослідження виявлено, що повна реалізація кожного із зазначених принципів на сьогоднішній день є неможливою, через недосконалість діючого виборчого законодавства, наявність військового конфлікту на сході країни й анексії Автономної Республіки Крим, низький рівень правової свідомості та освіченості окремих громадян. Узагальнено, що законодавче закріплення основоположних засад виборчого процесу та їх суворе дотримання є невід’ємною складовою частиною суспільно-політичного життя України та однією з ознак дієвості демократії на її території, а також гарантією легітимації того, кого обрала більшість та суспільного спокою і впевненості у дієвості власних дій (голосів). Коротко охарактеризовано виборчі системи, за якими проводяться вибори до органів місцевого самоврядування. Обґрунтовано, що перші дві виборчі системи є простими у використанні й у кінцевому підрахунку голосів за кандидатів та зрозумілими для громадськості, яка обирає своїх представників. Виявлено, що існуючий модифікований варіант третьої виборчої системи (пропорційної), руйнує основні ідеї представницької демократії, породжує специфічну конкурентну боротьбу як між різними політичними партіями, так і в середині кожної із них. У підсумку зазначено, що місцеві вибори є надважливим проявом демократії в Україні, коли публічне управління здійснюють не лише народні обранці або державні службовці різної категорії, а безпосередньо кожен громадянин, приходячи на вибори та роблячи свій власний свідомий вибір

Increasing the frequency of peripheral component in paired associative stimulation strengthens its efficacy

Paired associative stimulation (PAS), a combination of transcranial magnetic stimulation (TMS) with peripheral nerve stimulation (PNS), is emerging as a promising tool for alleviation of motor deficits in neurological disorders. The effectiveness and feasibility of PAS protocols are essential for their use in clinical practice. Plasticity induction by conventional PAS can be variable and unstable. Protocols effective in challenging clinical conditions are needed. We have shown previously that PAS employing 50 Hz PNS enhances motor performance in chronic spinal cord injury patients and induces robust motor-evoked potential (MEP) potentiation in healthy subjects. Here we investigated whether the effectiveness of PAS can be further enhanced. Potentiation of MEPs up to 60 minutes after PAS with PNS frequencies of 25, 50, and 100 Hz was tested in healthy subjects. PAS with 100 Hz PNS was more effective than 50 (P = 0.009) and 25 Hz (P = 0.016) protocols. Moreover, when administered for 3 days, PAS with 100 Hz led to significant MEP potentiation on the 3rd day (P = 0.043) even when the TMS target was selected suboptimally (modelling cases where finding an optimal site for TMS is problematic due to a neurological disease). PAS with 100 Hz PNS is thus effective and feasible for clinical applications.Peer reviewe

Omitting TMS component from paired associative stimulation with high-frequency PNS: A case series of tetraplegic patients

Objectives: Earlier studies have shown how chronic spinal cord injury (SCI) patients have benefitted from paired associative stimulation (PAS), consisting of high-frequency peripheral nerve stimulation (PNS) and high-intensity transcranial magnetic stimulation (TMS). Since high-frequency PNS is poorly characterized, its therapeutic effect without TMS should be evaluated. We tested the effect of PNS combined with motor imagery in chronic SCI patients using the same parameters of PNS as in earlier PAS-based studies that also used TMS. Methods: Five patients with chronic incomplete SCI and tetraplegia received a 6-week treatment of PNS combined with motor imagery to the weaker upper limb. Patients were evaluated with Manual Muscle Testing (MMT), hand function tests (Box and block, grip and pinch strength dynamometry), and spasticity. Results: There was no significant change in hand function tests or spasticity. MMT values improved significantly immediately after the PNS period (0.59 +/- 0.17, p = 0.043) and in the 1-month follow-up visit (0.87 +/- 0.18, p = 0.043). However, improvement of MMT values was weaker than in chronic tetraplegic patients in a corresponding PAS study that used identical PNS stimulation but also included the TMS component omitted here (Tolmacheva et al., 2019a, Clin Neurophysiol Pract). Conclusions: The lack of effect on functional hand tests with the protocol presented here suggests that the synergistic effect of PNS and TMS components is essential for the full therapeutic effect previously observed with PAS intervention. The moderate improvement of the MMT score suggests the possible usefulness of PNS and motor imagery for some of those tetraplegic SCI patients who have contraindications to TMS. Significance: These results add to the understanding of the PAS therapeutic mechanism by highlighting the importance of dual stimulation for achieving the full therapeutic effect of long-term PAS with a high-frequency PNS component. (C) 2021 International Federation of Clinical Neurophysiology. Published by Elsevier B.V.Peer reviewe

Проблеми ефективного здійснення державного фінансового контролю в Україні на сучасному етапі та способи його удосконалення

У статті розглядаються проблеми ефективного здійснення державного фінансового контролю в Україні на сучасному етапі. На початку дослідження зазначено, що існує потреба вдосконалити державний фінансовий контроль, оскільки постійно розвиваються технології і суспільно-державні відносини, здійснюється реформування різних інститутів публічної влади та окремих сфер народного господарства. На початку окреслено фактори та явища, що перешкоджають ефективному здійсненню державного фінансового контролю в Україні. Наведено різні статистичні дані, на основі яких зроблено висновок, що у процесі здійснення державного фінансового контролю та подальшої реалізації його наслідків необхідно підходити комплексно. Значна уваги приділяється нормативно-правовому забезпеченні державного фінансового контролю. Зазначено, що вирішення проблем у нормативно-правовому супроводі здійснення державного фінансового контролю підвищить якість та результативність такого контролю. А розробка організаційно-методичних заходів для реалізації відповідних нормативно-правових актів, компетентного розподілу пріоритетів, підвищення рівня правової культури та грамотності осіб, які уповноваженні на здійснення державного фінансового контролю сприятимуть ефективній реалізації законодавчих норм. У статті перераховані пріоритетні напрями модернізації вітчизняної системи державного фінансового контролю в контексті сталого економічного розвитку. Сформульовано основні способи удосконалення інституту державного фінансового контролю. Наприкінці статті зроблено висновок, що сьогодні державний фінансовий контроль є важливим інструментом публічного управління, за допомогою якого можна виконати відповідні завдання, пов’язані з діяльністю органів публічної влади. Наведено заходи, які необхідно зробити з метою усунення означених проблем

ВЗАЄМОЗВ’ЯЗОК ТА ВЗАЄМОДІЯ ІМІДЖУ СУДОВОЇ ВЛАДИ УКРАЇНИ І ДОВІРИ ГРОМАДЯН: ПРОБЛЕМИ ТА СПОСОБИ УДОСКОНАЛЕННЯ

У статті обґрунтовується взаємозв’язок та взаємодія іміджу судової влади і довіри громадян до неї на сучасному етапі. На початку дослідження визначено поняття «імідж» та «імідж судової влади», а також що являє собою довіра в контексті сучасної науки та публічного управління. Наведено різні статистичні дані соціологічних досліджень, на основі яких зроблено висновок, що рівень довіри громадян до судової влади України занадто низький. Описано Індекс довіри до судової влади. Зазначено, що імідж судової влади прямо залежить від рівня довіри громадян до неї. Довіра та імідж судової влади взаємодіють між собою, заради досягнення однієї мети – гідне і справедливе вітчизняне правосуддя. У статті перераховані чинники, які впливають на рівень довіри до судової влади, тим самим погіршуючи її імідж. Результати окремих соціологічних досліджень свідчать про те, що найбільш проблемними факторами в українському правосудді, які впливають на зниження рівня довіри до судової влади є корупція та людський чинник. Підкреслено, що низький рівень довіри до суду є перешкодою для залучення іноземних інвестицій. Наприкінці статті зазначено, що зміна суб’єкта і процедури призначення суддів та строку їх перебування на посаді кардинальним чином не вплине на рівень корупції в системі правосуддя та довіри до судової влади, а також на якість, об’єктивність і незалежність роботи судів. Для покращення існуючої ситуації в системі вітчизняного правосуддя, насамперед, потрібно змінити ставлення самих суддів до того, що вони роблять, їхню свідомість та сприйняття навколишньої реальності. Зроблено висновок, що імідж судової влади відіграє неабияку роль не лише у питанні захисту прав і свобод та відновлення справедливості, а й у питанні економічного зростання всієї держави. Запропоновано напрями підвищення рівня довіри до судової влади та формування її позитивного іміджу

Соціальний захист дитинства в Україні: нормативно-правове забезпечення та сучасний стан (на прикладі Миколаївської області)

У статті проаналізовано нормативно-правове забезпечення соціального захисту дитинства в Україні, окреслено сучасний його стан (на прикладі Миколаївської області), виявлено існуючі проблеми у досліджуваній сфері та запропоновано способи їх вирішення. На початку статті визначено сутність поняття «соціальний захист» та «соціальний захист дитинства», наведено різні точки зору вчених на тлумачення цих двох термінів. Основна частина статті присвячена характеристиці становлення системи соціального захисту дитинства та її нормативно-правового забезпечення. Встановлено, що за роки незалежності України у вирішенні питань соціального захисту дітей ратифіковано низку міжнародних нормативно-правових актів, прийнято векторні вітчизняні закони та інші правові документи, вивчається та застосовується кращий іноземний досвід розвинутих країн світу в побудові сучасної національної системи охорони дитинства тощо. Також вжито суттєвих заходів щодо запровадження в країні проактивної соціальної політики стосовно родин, які виховують дітей. При цьому з’ясовано, що наразі вітчизняна система соціального захисту дітей не відповідає всім потребам населення країни та повною мірою не виконує взяті на себе зобов’язання, спрямовані на забезпечення соціально-правових гарантій прав дітей. Проаналізовано систему закладів інституційного догляду та виховання дітей, а також досліджено розподіл дітей за віком, за терміном перебування у закладах по їх догляду в Миколаївській області тощо. Встановлено, що деінституціалізація має на меті запровадження змін у системі захисту дитинства, орієнтованих передусім на збереження та підтримку сім’ї, якнайкраще забезпечення прав та інтересів дітей. Така політика є умовою для проведення реформ, які спрямовані на зменшення рівня сирітства в країні. У підсумку зазначено, що комплексна реалізація запропонованих у статті заходів сприятиме вирішенню існуючих проблем у вітчизняній системі соціального захисту дитинства, координації і спрямуванню дій усіх суб’єктів соціальної роботи на раннє виявлення сімейного неблагополуччя, надання родинам із дітьми комплексної підтримки і допомоги в подоланні складних життєвих обставин

Effects of Long-Term Paired Associative Stimulation on Strength of Leg Muscles and Walking in Chronic Tetraplegia : A Proof-of-Concept Pilot Study

Recovery of lower-limb function after spinal cord injury (SCI) is dependent on the extent of remaining neural transmission in the corticospinal pathway. The aim of this proof-of-concept pilot study was to explore the effects of long-term paired associative stimulation (PAS) on leg muscle strength and walking in people with SCI. Five individuals with traumatic incomplete chronic tetraplegia (>34 months post-injury, motor incomplete, 3 females, mean age 60 years) with no contraindications to transcranial magnetic stimulation (TMS) received PAS to one or both legs for 2 months (28 sessions in total, 5 times a week for the first 2 weeks and 3 times a week thereafter). The participants were evaluated with the Manual Muscle Test (MMT), AIS motor and sensory examination, Modified Asworth Scale (MAS), and the Spinal Cord Independence Measure (SCIM) prior to the intervention, after 1 and 2 months of PAS, and after a 1-month follow-up. The study was registered at (NCT03459885). During the intervention, MMT scores and AIS motor scores increased significantly (p = 0.014 and p = 0.033, respectively). Improvements were stable in follow-up. AIS sensory scores, MAS, and SCIM were not modified significantly. MMT score prior to intervention was a good predictor of changes in walking speed (Radj2 = 0.962). The results of this proof-of-concept pilot study justify a larger trial on the effect of long-term PAS on leg muscle strength and walking in people with chronic incomplete SCI.Peer reviewe

Optimal peripheral nerve stimulation intensity for paired associative stimulation with high-frequency peripheral component in healthy subjects

Publisher Copyright: © 2022, The Author(s).Paired associative stimulation (PAS) with high-frequency peripheral nerve stimulation (PNS), called “high-PAS”, induces motor-evoked potential (MEP) potentiation in healthy subjects and improves muscle activity and independence in incomplete spinal cord injury patients. Data on optimal PNS intensity in PAS are scarce. In a high-PAS protocol, PNS intensity is defined as “minimal intensity required to produce F-responses”. We sought to further refine this definition and to investigate how PNS intensity affects PAS outcome. Two experiments were performed on 10 healthy subjects where MEP amplitude change was measured 0, 30, and 60 min after PAS. In the first experiment, the intensity required to achieve 7/10 persistence of F-responses was used to define PNS intensity level. In the second experiment, we used the intensity required to achieve 1/10 persistence (“baseline”). In addition, we applied this intensity at + 25%, − 25%, and − 50% levels. In the first experiment, PAS did not produce significant MEP potentiation. In the second experiment, PAS produced statistically significant MEP potentiation, with PNS intensity of “baseline” and “baseline − 25%” levels but not at + 25% or − 50% levels. In conclusion, for PAS utilizing high-frequency PNS, the intensity required to achieve 1/10 F-response persistence or the intensity 25% lower produces significant MEP potentiation in healthy subjects.Peer reviewe

The use of F-response in defining interstimulus intervals appropriate for LTP-like plasticity induction in lower limb spinal paired associative stimulation

Background In spinal paired associative stimulation (PAS), orthodromic volleys are induced by transcranial magnetic stimulation (TMS) in upper motor neurons, and antidromic volleys by peripheral nerve stimulation (PNS) in lower motor neurons of human corticospinal tract. The volleys arriving synchronously to the corticomotoneuronal synapses induce spike time-dependent plasticity in the spinal cord. For clinical use of spinal PAS, it is important to develop protocols that reliably induce facilitation of corticospinal transmission. Due to variability in conductivity of neuronal tracts in neurological patients, it is beneficial to estimate interstimulus interval (ISI) between TMS and PNS on individual basis. Spinal root magnetic stimulation has previously been used for this purpose in spinal PAS targeting upper limbs. However, at lumbar level this method does not take into account the conduction time of spinal nerves of the cauda equina in the spinal canal. New method For lower limbs spinal PAS, we propose estimating appropriate ISIs on the basis of F-response and motor-evoked potential (MEP) latencies. The use of navigation in TMS and ensuring correct PNS electrode placement with F-response recording enhances the precision of the method. Results Our protocol induced 186 ± 17% (mean ± STE) MEP amplitude facilitation in healthy subjects, being effective in all subjects and nerves tested. Comparison with existing method We report for the first time the individual estimation of ISIs in spinal PAS for lower limbs. Conclusions Estimation of ISI on the basis of F and MEP latencies is sufficient to effectively enhance corticospinal transmission by lower limb spinal PAS in healthy subjects. Keywords Paired associative stimulation; Neuronal plasticity; Transcranial magnetic stimulation; Electrical stimulation therapy; F-responsePeer reviewe