Investigating the role of Prefrontal Neurons in cognitive tasks through Fiber Photometry and Adapted Barnes Maze Protocols

The medial prefrontal cortex (mPFC) is essential in the execution of cognitive tasks, however very little is known on how these neurons are modulated during specific tasks and which subtype of neurons are responsible for so. Therego, with the intention of addressing this issue, we recorded mPFC gabaergic and glutamatergic activation patterns through fiber photometry (FIP) in mice, while simultaneously performing the Barnes Maze (BM) cognitive task (4 day behavioral trial). In addition, an altered structural and procedural protocol for BM was validated in this study due to necessary modifications allowing FIP and BM to happen simultaneously. A successful protocol validation was followed by our preliminary results, which showed that both glutamatergic and gabaergic neurons presented significant change in activation intensity and number of events in specific contexts throughout the task days. In addition, when stratified and crossed with BM performance parameters, such as latency to complete tasks and adopted strategy, glutamatergic and gabaergic neurons presented a significant decline in both activation patterns and number of activation events throughout the days. This data suggest not only an important role of glutamatergic and gabaergic mPFC neurons in learning, memory and decision making, but also that activation patterns of each of these groups may serve as markers for cognitive progression and/or dysfunction. KEY-WORDS: Memory, Learning, Decision Making, Medial Prefrontal Cortex (mPFC), Fiber Photometry (FIP), Barnes Maze (BM), Glutamatergic, Gabaergic, Neuronal Activity, Neuronal Activation Patterns, Neuronal Dynamics.

O córtex pré-frontal medial (mPFC) é essencial na execução de tarefas cognitivas, no entanto, pouco se sabe sobre como esses neurônios são modulados durante tarefas específicas e qual subtipo de neurônios é responsável por isso. Portanto, com a intenção de abordar essa questão, registramos os padrões de ativação de neurônios gabaérgicos e glutamatérgicos do mPFC por meio de fotometria de fibra (FIP) em camundongos, enquanto realizávamos simultaneamente a tarefa cognitiva do Labirinto de Barnes (BM) (ensaio comportamental de 4 dias). Além disso, um protocolo estrutural e procedimental alterado para o BM foi validado neste estudo devido a modificações necessárias que permitiram a realização simultânea de FIP e BM. Uma validação bem-sucedida do protocolo foi seguida pelos nossos resultados preliminares, que mostraram que tanto os neurônios glutamatérgicos quanto os gabaérgicos apresentaram mudanças significativas na intensidade de ativação e no número de eventos em contextos específicos ao longo dos dias da tarefa. Além disso, quando estratificados e cruzados com parâmetros de desempenho do BM, como latência para completar as tarefas e estratégia adotada, os neurônios glutamatérgicos e gabaérgicos apresentaram uma diminuição significativa nos padrões de ativação e no número de eventos de ativação ao longo dos dias. Esses dados sugerem não apenas um papel importante dos neurônios glutamatérgicos e gabaérgicos do mPFC na aprendizagem, memória e tomada de decisões, mas também que os padrões de ativação de cada um desses grupos podem servir como marcadores de progressão e/ou disfunção cognitiva. PALAVRAS-CHAVE: Memória, Aprendizagem, Tomada de Decisões, Córtex Pré-Frontal Medial (mPFC), Fotometria de Fibra (FIP), Labirinto de Barnes (BM), Glutamatérgico, Gabaérgico, Atividade Neuronal, Padrões de Ativação Neuronal, Dinâmica Neuronal.

Use of transcranial magnetic stimulation in the treatment of nonfluent primary progressive aphasia: a case report / Uso da estimulação magnética transcraniana no tratamento da afasia progressiva primária não fluente: um relato de caso

ABSTRACT Primary progressive aphasia comprises a group of neurodegenerative diseases characterized by progressive speech and language dysfunction. Neuroimaging (structural and functional), biomarkers, and neuropsychological assessments allow for early diagnosis. However, there is no pharmacological treatment for the disease. Speech and language therapy is the main rehabilitation strategy. In this case report, we describe a female patient diagnosed with nonfluent primary progressive aphasia who underwent sessions of high-frequency transcranial magnetic stimulation in the left dorsolateral prefrontal cortex and showed improvement in depression scores, naming tasks in oral and written speech, and comprehension tasks in oral and written discourse.

RESUMO As afasias progressivas primárias (APP) representam um grupo de doenças neurodegenerativas caracterizadas por disfunção progressiva da fala e da linguagem. A neuroimagem (estrutural e funcional), os biomarcadores e as avaliações neuropsicológicas permitem o diagnóstico precoce. No entanto, não há tratamento farmacológico para a doença. A terapia fonoaudiológica é a principal estratégia de reabilitação. Neste relato de caso, descrevemos uma paciente com diagnóstico de APP não fluente que foi submetida a sessões de estimulação magnética transcraniana de alta frequência no córtex pré-frontal dorsolateral esquerdo e apresentou melhora nos escores de depressão, nas tarefas de nomeação da fala oral e escrita e nas tarefas de compreensão da fala oral e escrita.

Evaluation of structural changes in orbitofrontal cortex in relation to medication overuse in migraine patients: a diffusion tensor imaging study / Avaliação das mudanças estruturais no córtex orbitofrontal em relação ao uso excessivo de medicamentos em pacientes com migrânea: um estudo de imagem por tensor de difusão

Abstract Background: Migraine is a prevalent neurological disease that leads to severe headaches. Moreover, it is the commonest among the primary headaches that cause medication overuse headache (MOH). The orbitofrontal cortex (OFC) is one of the structures most associated with medication overuse. Objective: To determine microstructural changes in the OFC among migraine patients who developed MOH, through the diffusion tensor imaging (DTI) technique. Methods: Fifty-eight patients who had been diagnosed with migraine based on the Classification of Headache Disorders (ICHD-III-B) were included in the study. Patients were sub-classified into two groups, with and without MOH, based on the MOH criteria of ICHD-III-B. DTI was applied to each patient. The OFC fractional anisotropy (FA), and apparent diffusion coefficient (ADC) values of the two groups were compared. Results: The mean age of all the patients was 35.98±7.92 years (range: 18-65), and 84.5% (n=49) of them were female. The two groups, with MOH (n=25) and without (n=33), were alike in terms of age, gender, family history, migraine with or without aura and duration of illness. It was found that there was a significant difference in FA values of the left OFC between the two groups (0.32±0.01 versus 0.29±0.01; p=0.04). Conclusions: An association was found between MOH and changes to OFC microstructure. Determination of neuropathology and factors associated with medication overuse among migraine patients is crucial in terms of identifying the at-risk patient population and improving proper treatment strategies specific to these patients.

RESUMO Introdução: A migrânea é uma doença neurológica prevalente que causa fortes dores de cabeça. Além disso, é a mais comum entre as cefaleias primárias que causam cefaleia por uso excessivo de medicamentos (CUEM). O córtex orbitofrontal (OF) é uma das estruturas mais associadas ao uso excessivo de medicamentos. Objetivo: Determinar alterações microestruturais no córtex OF em pacientes com migrânea que desenvolveram CUEM, por meio da técnica de imagem por tensor de difusão (ITD). Métodos: Cinquenta e oito pacientes com diagnóstico de migrânea, com base na Classificação das Cefaleias (ICHD-III-B), foram incluídos no estudo. Os pacientes foram subclassificados em dois grupos, com e sem CUEM, com base nos critérios de CUEM da ICHD-III-B. A ITD foi aplicada a cada paciente. Os valores de anisotropia fracionada OFC (AF) e coeficiente de difusão aparente (CDA) dos dois grupos foram comparados. Resultados: A média de idade de todos os pacientes foi de 35,98±7,92 anos (variação: 18‒65), sendo 84,5% (n=49) do sexo feminino. Os dois grupos, com CUEM (n=25) e sem (n=33), são semelhantes em termos de idade, sexo, história familiar, migrânea com ou sem aura e duração da doença. Verificou-se que houve diferença significativa nos valores de AF do córtex OF esquerdo entre os dois grupos (0,32±0,01 versus 0,29±0,01; p=0,04). Conclusões: Foi encontrada associação entre o CUEM e as alterações na microestrutura do córtex OF. A determinação da neuropatologia e dos fatores associados ao uso excessivo de medicamentos entre pacientes com migrânea é crucial para identificar a população de pacientes em risco e melhorar as estratégias de tratamento adequadas específicas para esses pacientes.

Co-Expression Network Analysis Identifies Possible Hub Genes in Aging of the Human Prefrontal Cortex / Análisis de redes de coexpresión identifica posibles genes clave en el envejecimiento de la corteza prefrontal humana / Análise de redes de co-expressão identifica possíveis genes chave no envelhecimento do córtex pré-frontal humano

Abstract Introduction : Aging is the main risk factor for the development of chronic diseases such as cancer, diabetes, Parkinson's disease, and Alzheimer's disease. The central nervous system is particularly susceptible to progressive functional deterioration associated with age, among the brain regions the prefrontal cortex (PFC) has one of the highest involvements. Transcriptomics studies of this brain region have identified the decrease in synaptic function and activation of neuroglia cells as fundamental characteristics of the aging process. The aim of this study was to identify hub genes in the transcriptomic deregulation in the PFC aging to advance in the knowledge of this process. Materials and methods : A gene co-expression analysis was carried out for 45 people 60 to 80 years old compared with 38 people 20 to 40 years old. The networks were visualized and analyzed using Cytoscape; citoHubba was used to determine which genes had the best topological characteristics in the co-expression networks. Results : Five genes with high topological characteristics were identified. Four of them -HPCA, CACNG3, CA10, PLPPR4- were repressed and one was over-expressed -CRYAB-. Conclusion: The four repressed genes are expressed preferentially in neurons and regulate the synaptic function and the neuronal plasticity, while the overexpressed gene is typical of glial cells and is expressed as a response to neuronal damage, facilitating myelination and neuronal regeneration.

Resumen Introducción : el envejecimiento es el principal factor de riesgo para el desarrollo de enfermedades crónicas como el cáncer, la diabetes, el Parkinson y el Alzheimer. El sistema nervioso central es particularmente susceptible al deterioro funcional progresivo asociado con la edad, entre las regiones cerebrales con mayor compromiso se encuentra la corteza prefrontal (CPF). Estudios de transcriptómica de esta región han identificado como características fundamentales del proceso de envejecimiento la disminución de la función sináptica y la activación de las células de la neuroglia. No es claro cuáles son las causas iniciales, ni los mecanismos moleculares subyacentes a estas alteraciones. El objetivo de este estudio fue identificar genes clave en la desregulación transcriptómica en el envejecimiento de la CPF para avanzar en el conocimiento de este proceso. Materiales y métodos : se hizo un análisis de coexpresión de genes de los transcriptomas de 45 personas entre 60 y 80 años con el de 38 personas entre 20 y 40 años. Las redes fueron visualizadas y analizadas usando Cytoscape, se usó citoHubba para determinar qué genes tenían las mejores características topológicas en las redes de coexpresión. Resultados : se identificaron cinco genes con características topológicas altas. Cuatro de ellos -HPCA, CACNG3, CA10, PLPPR4- reprimidos y uno sobreexpresado -CRYAB-. Conclusión : los cuatro genes reprimidos se expresan preferencialmente en neuronas y regulan la función sináptica y la plasticidad neuronal, mientras el gen sobreexpresado es típico de células de la glía y se expresa como respuesta a daño neuronal facilitando la mielinización y la regeneración neuronal.

Resumo Introdução : o envelhecimento é o principal fator de risco pra o desenvolvimento de doenças crónicas como o câncer, a diabetes, o Parkinson e o Alzheimer. O sistema nervoso central é particularmente susceptível ao deterioro funcional progressivo associado à idade, uma das regiões do cérebro com maior compromisso é o pré-frontal (CPF). Estudos de transcritoma desta região têm identificado como características fundamentais do processo de envelhecimento a diminuição da função sináptica e ativação das células da neuroglia. Não é claro quais são as causas iniciais, nem os mecanismos moleculares subjacentes a estas alterações. O objetivo deste estudo foi identificar genes chave na desregulação transcritoma no envelhecimento da CPF para avançar no conhecimento deste processo. Materiais e métodos : se fez uma análise de co-expressão de genes dos transcritomas de 45 pessoas entre 60 e 80 anos com o de 38 pessoas entre 20 e 40 anos. As redes foram visualizadas e analisadas usando Cytoscape, usou-se citoHubba para determinar que genes tinham as melhores características topológicas nas redes de co-expressão. Resultados : identificaram-se cinco genes com características topológicas altas. Quatro deles -HPCA, CACNG3, CA10, PLPPR4- reprimidos e um superexpresso -CRYAB-. Conclusão : os quatro genes reprimidos se expressam preferencialmente em neurônios e regulam a função sináptica e plasticidade neuronal, enquanto o gene superexpresso é típico de células da glia e se expressa como resposta ao dano neuronal facilitado a mielinização e a regeneração neuronal.

Sleep and executive functions in older adults: A systematic review / Sono e funções executivas em idosos: revisão sistemática

ABSTRACT Introduction: A recent increase in studies suggests a role of age-related sleep changes in executive functions (EF). However, this relationship remains unclear and mixed results have emerged. Objective: To investigate how age-related sleep changes may play an important role in the extent to which healthy older adults exhibit decline in EF. Methods: A systematic strategy was employed to identify the available literature on age-related sleep changes and EF. Results: Of the 465 studies identified, 26 were included. Results suggest that multiple sleep parameters differ in the way they benefit or impair EF. Parameters such as greater wake after sleep onset and lower sleep efficiency, in addition to circadian fragmentation of sleep, showed more consistent results and are potentially correlated with worsening in EF measures. However, other results seem inconclusive. Conclusion: These findings were discussed based on the prefrontal circuitry vulnerability model, in which sleep has been identified as a beneficial factor for prefrontal cortex functioning and hence for EF, which relies mostly on this brain area and its related networks.

RESUMO Introdução: Um aumento recente de estudos sugere um papel das mudanças do sono relacionadas ao envelhecimento nas funções executivas (FE). Entretanto, essa relação ainda não é clara e resultados mistos têm emergido. Objetivo: Investigar como as mudanças do sono relacionadas à idade podem desempenhar um papel importante na medida em que idosos saudáveis apresentam um declínio nas FE. Métodos: Uma estratégia de revisão sistemática foi empregada para identificar a literatura disponível sobre mudanças no sono relacionadas ao envelhecimento e FE. Resultados: Dos 465 estudos identificados, 26 foram incluídos. Os resultados sugerem que múltiplos parâmetros do sono diferem na forma como beneficiam ou comprometem as FE. Parâmetros como maiores despertares após o início do sono e baixa eficiência do sono, além da fragmentação circadiana do sono, mostraram resultados mais consistentes e potencialmente se correlacionaram com a piora nas medidas de FE. Contudo, outros resultados parecem inconclusivos. Conclusão: Esses achados foram discutidos baseadamente no modelo de vulnerabilidade pré-frontal, no qual o sono tem sido apontado como um fator benéfico para o funcionamento do córtex pré-frontal e, consequentemente, para as FE que têm como substrato principal essa área cerebral e regiões relacionadas.

Acute effects of restraint, shock and training in the elevated t-maze on noradrenaline and serotonin systems of the prefrontal cortex / Efectos agudos de la restricción, choque y entrenamiento en el laberinto elevado en T en los sistemas de noradrenalina y serotonina en la corteza prefrontal / Efeitos agudos da restrição, choque e treinamento no labirinto elevado em T nos sistemas de noradrenalina e serotonina no córtex pré-frontal

The prefrontal cortex (PFC) participates in cognitive functions and stress regulation. Noradrenaline (NA) and serotonin (5-HT) levels in some regions of the central nervous system are modified by acute stress. The effects depend on the type of stressor and the time elapsed between the presence of the stressor and the assessment. The aims of the present study were to assess the acute effect of different stressors on NA and 5-HT activities in the PFC and its relation with corticosterone levels. Independent groups of male Wistar rats (250-280 g) were submitted to restraint, footshock or training in the elevated T-maze (ETMT). The animals were sacrificed immediately (T0) or one hour (T1) after stress exposure. An untreated group sacrificed concurrently with treated animals was included as control. Samples of the PFC were dissected and the concentration of NA, 5-HT and their metabolites were measured by HPLC. Corticosterone levels were measured in serum. None of the treatments modified NA levels in the PFC. Animals exposed to footshock or ETMT showed significantly higher concentrations of 5-HT at T0. Restraint and footshock treatments were associated with higher corticosterone levels at T0 and T1 after the respective treatment. Taken together the results show that in the PFC, the noradrenergic and serotonergic systems, and the corticosterone levels respond in different ways to different stressors.

La corteza prefrontal (CPF) participa en las funciones cognitivas y la regulación del estrés. Las concentraciones de noradrenalina (NA) y serotonina (5-HT) en algunas regiones en el sistema nervioso central son modificadas por el estrés agudo. El efecto depende del estresor y del tiempo que transcurra entre el estresor y la evaluación. El objetivo del presente estudio fue evaluar el efecto agudo de diferentes estresores en la actividad de la NA y 5-HT en la CPF y su relación con los niveles de corticosterona. Grupos independientes de ratas (250-270 g) fueron sometidos a restricción, choque o entrenamiento en el laberinto elevado en T (ELET). Los animales fueron sacrificados inmediatamente (T0) o una hora (T1) después de la exposición al estrés. Un grupo no tratado, sacrificado al mismo tiempo que los animales tratados, se incluyó como control. Las muestras de la CPF fueron disecadas y la concentración de NA, 5-HT y sus metabolitos fue detectada por la técnica de HPLC. Las concentraciones de corticosterona fueron medidas en el suero. Ninguno de los tratamientos modificó las concentraciones de NA en la CPF. Al T0 los animales expuestos a choque o al ELET mostraron concentraciones de 5-HT significativamente mayores que el control. Los tratamientos de restricción y choque estuvieron asociados con altas concentraciones de corticosterona al T0 y a T1 después del tratamiento respectivo. En conjunto, los resultados mostraron que en la CPF los sistemas noradrenérgico y serotonérgico y la concentración de corticosterona responden en forma diferente a los distintos estresores.

O córtex pré-frontal (CPF) participa nas funções cognitivas e na regulação do estresse. As concentrações de noradrenalina (NA) e serotonina (5-HT) em algumas regiões do sistema nervoso central são modificadas pelo estresse agudo. O efeito depende do estressor e do tempo que transcorra entre o estressor e a avaliação. O objetivo do presente estudo foi avaliar o efeito agudo de diferentes estressores na atividade da NA e 5-HT no PFC e sua relação com os níveis de corticosterona. Grupos independentes de ratos (250-270 g) foram submetidos a restrição, choque ou treinamento no labirinto elevado em T (ELET). Os animais foram sacrificados imediatamente (T0) ou uma hora (T1) depois da exposição ao estresse. Um grupo não tratado, sacrificado ao mesmo tempo que os animais tratados, incluiu-se como controle. As mostras do PFC foram dissecadas e a concentração de NA, 5-HT e seus metabolitos foi detectada pela técnica de HPLC. As concentrações de corticosterona foram medidas no soro. Nenhum dos tratamentos modificou as concentrações de NA no PFC. Em T0 os animais expostos a choque o ao ELET mostraram concentrações de 5-HT significativamente maiores que o controle. Os tratamentos de restrição e choque estiveram associados com altas concentrações de corticosterona em T0 e em T1 depois do tratamento respectivo. Em conjunto, os resultados mostraram que no PFC os sistemas noradrenérgico e serotonérgico e a concentração de corticosterona respondem de maneira diferente aos diferentes estressores.

La activación de la corteza prefrontal durante las tareas motrices y perspectivas de diferentes imágenes visuales en los hombres y las mujeres: un estudio de la espectroscopia de reflectancia en el infrarrojo funcional (fNIRS) / Ativação do córtex pré-frontal durante tarefas motoras e perspectivas de diferentes imagens visuais em homens e mulheres: um estudo com espectroscopia por reflectância infravermelho funcional (fNIRS) / Equal prefrontal cortex activation between males and females in a motor tasks and different visual imagery perspectives: a functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) study

The purpose of this study was to compare the prefrontal cortex (PFC) blood flow variation and time on in males and females while performing a motor task and imagery perspectives. Eighteen right handed subjects (11 males and 7 females) were volunteers to this study. All subjects went through three randomly conditions, a motor task condition (MT) in which they had to do a simple finger tap. The other conditions included practicing imagery in first and third views. During all the conditions, the fNIRS device was attached to the subject forehead to obtain the blood flow; the total time in each task which was measured with a chronometer. No difference had been found in any condition for both sexes in the PFC and time, nor for all subjects integrated in the PFC. Therefore, we conclu-de that both imageries can be used to mentally train a motor task, and probably both sexes can be benefited.

O objetivo do estudo foi comparar a variação sanguínea do córtex prefrontal (CPF) e o tempo de realização, durante uma tarefa motora e diferentes perspectivas de imagética motora em homens e mulheres. Dezoito sujeitos destros (11 homens e 7 mulheres) foram voluntários. Todos os sujeitos passaram por 3 condições randomicamente, uma tarefa motora que consistia em uma simples batida de dedos. As outras condições fora a prática de imagética motora em primeira e terceira pessoa. Durante todas as condições, um aparelho fNIRS foi acoplado a testa para obtenção do fluxo sanguíneo; e o tempo total de cada tarefa foi obtido com um cronômetro. Nenhuma diferença foi encontrada em nenhuma condição para ambos os gêneros no CPF e no tempo, bem como quanto considerados todos os sujeitos. Concluímos que ambas imagéticas podem ser usadas para treinar mentalmente uma tarefa motora e que, provavelmente, ambos os gêneros podem se beneficiar da técnica.

El propósito de este estudio fue comparar la actividad de la corteza frontal (CF) y el tiempo del realización de una tarea motora en diferentes perspectivas del entrenamiento mental. Dieciocho participantes diestros (11 hombres y 7 mujeres) fueron voluntarios en este estudio. Todos los participantes realizaram tres condiciones aleatorias: tarea motora (TM), dónde hicieron golpes con los dedos en una secuencia determinada. Las otras condiciones estaban practicando el entrenamiento mental vistas en primera y tercera persona. Durante todas las condiciones, el dispositivo fNIRS estaba unido a la frente del sujeto para obtener el flujo de sangre; el tiempo total de cada tarea se midió con un cronómetro. Ninguna diferencia se había encontrado en ninguna condición para ambos sexos y el tiempo. Por lo tanto, llegamos a la conclusión de que ambas las formas de imaginación pueden utilizar para entrenar mentalmente una tarea motora, y probablemente ambos géneros pueden ser beneficiados.

Consumo de alcohol y funciones ejecutivas en adolescentes: una revisión sistemática / Alcohol Consumption and Executive Functions in Adolescents: A Systematic Review / Consumo de álcool e funções executivas em adolescentes: uma revisão sistemática

Objetivo: el consumo de alcohol es un problema de salud pública que puede implicar riesgos para la integridad del córtex prefrontal, especialmente lo relacionado al funcionamiento ejecutivo. Aunque se han estudiado los efectos negativos sobre la región prefrontal de adultos, la evidencia en la población adolescente es menor. El objetivo de este artículo es conocer el estado del arte de la relación entre el consumo de alcohol y las funciones ejecutivas de adolescentes. Materiales y métodos: se realizó una búsqueda en las bases de datos Academic OneFile, Academic Search Complete, Dialnet, DOYMA, Journal@Ovid, MedicLatina, Medline, Proquest, PsycArticles, sage y Springer para identificar artículos publicados entre enero de 2006 y noviembre de 2011. La muestra final fue de trece artículos. Resultados: los estudios mostraron divergencia de resultados en los componentes de las funciones ejecutivas; sin embargo, los componentes de inhibición de respuestas y toma de decisiones parecen ser alterados por diferentes patrones de consumo de alcohol en más del 70% de las investigaciones. Conclusiones: los hallazgos indican que la investigación de este fenómeno en población adolescente aún se encuentra en etapas de exploración; no obstante, existe evidencia de que el consumo de alcohol puede ser peligroso para el funcionamiento cognitivo adolescente.

Objective: Alcohol consumption is a public health problem that can involve risks to the integrity of the prefrontal cortex, especially with respect to executive functioning. Although the negative effects on the prefrontal region have been studied in adults, there is less evidence concerning the adolescent population. The objective of this articles it to understand the state of the art with respect to the relationship between alcohol consumption and executive functions in adolescents. Materials and methods: Academic OneFile, Academic-Search Complete, Dialnet, DOYMA, Journal@Ovid, MedicLatina, Medline, Proquest, PsycArticles, SAGE and Springer were subject to a database search for articles published between January 2006 and November 2011. The final sample was comprised of thirteen articles. Results: The studies showed inconsistent results for the components of executive functions; however, the components that deal with response inhibition and decision-making appear to be altered by different patterns of alcohol consumption in more than 70% of the studies. Conclusions: The findings indicate the research on this phenomenon in adolescents is still in the exploratory staged. Nevertheless, there is evidence that alcohol can be dangerous for adolescent cognitive functioning.

Objetivo: o consumo de álcool é um problema de saúde pública que pode implicar riscos para a integridade do córtex pré-frontal, especialmente o relacionado ao funcionamento executivo. Embora os efeitos negativos sobre a região pré-frontal de adultos tenham sido estudados, a evidência na população adolescente é menor. O objetivo deste artigo é conhecer o estado da arte da relação entre consumo de álcool e as funções executivas de adolescentes. Materiais e métodos: realizou-se uma busca nas bases de dados Academic OneFile, Academic Search Complete, Dialnet, DOYMA, Journal@Ovid, MedicLatina, Medline, Proquest, PsycArticles, sage e Springer para identificar artigos publicados entre janeiro de 2006 e novembro de 2011. A amostra final foi de treze artigos. Resultados: os estudos mostraram divergência de resultados nos componentes das funções executivas; contudo, os componentes de inibição de respostas e tomada de decisões parecem ser alterados por diferentes padrões de consumo de álcool em mais de 70% das pesquisas. Conclusões: as descobertas indicam que a pesquisa deste fenômeno em população adolescente ainda se encontra em etapas de exploração, mas existe evidência de que o consumo de álcool pode ser perigoso para o funcionamento cognitivo adolescente.

Early Life Seizures and Their Long-term Impacts on Cognition: The Role of Synaptic Plasticity Dysfunctions as an Underlying Mechanism / Crises na infância e o impacto a longo prazo sobre a cognição: o papel das disfunções da plasticidade sináptica como um mecanismo subjacente

Objective: Symptomatic seizures are frequent events during childhood. Previous studies indicate a relationship between these events and the onset of an epileptic condition. However long-term effects of seizures on neurocognitive function remain poorly understood. Our objective is to develop a conceptual framework linking key clinical and experimental findings with electrophysiological studies attempting to elucidate the mechanisms involved with early life seizures (ELS) outcome. Methods: In this review clinical and experimental studies were addressed to raise the main findings of the literature on ELS long-term consequences. To better understand the neural substrates of cognitive outcome of ELS we have reviewed electrophysiological studies in animals that addressed experimental forms of synaptic plasticity such as long-term potentiation, long-term depression and paired pulse facilitation (LTP, LTD and PPF) and oscillatory patterns in the hippocampus and the prefrontal cortex (PFC) that relate to behavioral and molecular alterations after ELS. Results and conclusions: Evidences from literature indicate that the immature brain may be not as resistant to seizure effects as previously thought. ELS increase hippocampal excitability, enhance the vulnerability to seizures in the adult, and modify the expression of GABA and glutamate receptors. Moreover ELS induce changes in h-channels and CB1 cannabinoid receptors. Frequent seizures during development produce impairment in learning and memory tasks, which relates to LTP impairment and LTD facilitation in the hippocampus. Apparently, frequent ELS could disrupt the molecular mechanisms implicated in synaptic plasticity induction. Studies also indicate the PFC as a key brain region involved in the behavioral and cognitive alterations of ELS. Future studies on ELS could evaluate a broader set of limbic regions and their plasticity mechanisms, contributing to a better understanding on psychiatric comorbidities of the epilepsies.

Objetivo: Crises sintomáticas são eventos frequentes durante a infância. Estudos apontam para uma relação entre estes eventos e o início de uma condição epiléptica. Entretanto os efeitos de longo prazo das crises nas funções cognitivas permanecem pouco compreendidos. Nosso objetivo é desenvolver um arcabouço conceitual relacionando os principais achados clínicos e experimentais com estudos eletrofisiológicos na tentativa de elucidar os mecanismos envolvidos com as consequências das crises epilépticas durante a infância (CEDI). Métodos: Nessa revisão estudos clínicos e experimentais foram abordados levantando-se os principais achados da literatura sobre a evolução das CEDI. Para uma melhor compreensão dos substratos neurais envolvidos nos prejuízos cognitivos causados por CEDI nós revisamos estudos eletrofisiológicos em animais que investigaram formas experimentais de plasticidade sináptica como potenciação de longa duração, depressão de longa duração e facilitação por pulso pareado (LTP, LTD e PPF) e padrões oscilatórios no hipocampo e córtex pré-frontal (CPF) que se relacionam com alterações comportamentais e moleculares após CEDI. Resultados e conclusões: Evidências da literatura indicam que o cérebro imaturo pode não ser tão resistente aos efeitos das crises como se pensava anteriormente. CEDI aumentam a excitabilidade hipocampal, aumentam a vulnerabilidade a crises no adulto, e modificam a expressão de receptores GABA e glutamato. Além do mais CEDI induzem mudanças em canais-h e receptores canabinóides CB1. Crises frequentes durante o desenvolvimento produzem prejuízo em tarefas de aprendizado e memória que se relacionam a diminuição da LTP e facilitação da LTD no hipocampo. Aparentemente, CEDI frequentes podem interferir com os mecanismos moleculares implicados na indução de plasticidade sináptica. Estudos também indicam o CPF como uma região cerebral criticamente envolvida nas alterações comportamentais e cognitivas da CEDI. Estudos futuros em CEDI poderiam avaliar um conjunto mais amplo de regiões límbicas e seus mecanismos plásticos, contribuindo para um melhor entendimento das comorbidades psiquiátricas das epilepsias.

Frontal assessment battery in a Brazilian sample of healthy controls: normative data / Bateria de avaliação frontal em uma amostra brasileira de controles saudáveis: dados normativos

OBJECTIVE: To show data on the performance of healthy subjects in the Frontal Assessment Battery (FAB), correlating with gender, age, education, and scores in the Mini-Mental State Examination (MMSE). METHODS: Two hundred and seventy-five healthy individuals with mean age of 66.4±10.6 years-old were evaluated. Mean total FAB scores were established according to the educational level. RESULTS: Mean total FAB scores according to the educational level were 10.9±2.3, for one to three years; 12.8±2.7, for four to seven years; 13.8±2.2, for eight to 11 years; and 15.3±2.3, for 12 or more years. Total FAB scores correlated significantly with education (r=0.47; p<0.0001) and MMSE scores (r=0.39; p<0.0001). No correlation emerged between FAB scores, age, and gender. CONCLUSION: In this group of healthy subjects, the Brazilian version of the FAB proved to be influenced by the education level, but not by age and gender.

OBJETIVO: Avaliar o desempenho de indivíduos brasileiros saudáveis na Bateria de Avaliação Frontal (FAB) correlacionado com gênero, idade, educação e escores do Exame do Mini-Mental (MMSE). MÉTODOS: Foram avaliados 275 controles saudáveis com média de idade de 66,4±10,6 anos. Os escores médios foram estabelecidos de acordo com o nível educacional. RESULTADOS: Os escores médios da FAB em relação ao nível educacional foram 10,9±2,3 para um a três anos; 12,8±2,7 para quatro a sete anos; 13,8±2,2 para oito a 11 anos e 15,3±2,3 para 12 ou mais anos. Os escores totais da FAB se correlacionaram significativamente com o nível educacional (r=0,47; p<0,0001) e com os escores do MMSE (r=0,39; p<0,0001). Não foram observadas correlações significativas entre os escores da FA, o gênero e a idade. CONCLUSÃO: Na presente amostra, a versão brasileira da FAB sofreu influência do nível de escolaridade, mas não da idade e do gênero.

Funções neuropsicológicas associadas a condutas autolesivas: revisão integrativa de literatura / Neuropsychological functions associated to self-injurious behavior: integrative literature review

Esse estudo tem como objetivo descrever fatores neuropsicológicos associados a condutas autolesivas, com base em revisão integrativa da literatura realizada através de bases de dados eletrônicas da Biblioteca Virtual em Saúde. O instrumento foi uma ficha com informações referentes a cada artigo. Foram encontrados 59 artigos e 21 (36%) atendiam aos critérios para inclusão na amostra, que foram: artigos publicados em português ou inglês entre 2000 e 2009, disponíveis publicamente ou através do portal Periódicos Capes. Dificuldades relacionadas a resolução de problemas e tomada de decisões (38%); impulsividade (24%); regulação emocional (21%) e estresse psicológico (17%) foram fatores associados à autolesão. Os resultados sugerem correlação entre condutas autolesivas e problemas nos circuitos pré-frontais, envolvidos nos mecanismos neurais das funções citadas.

This study aims to describe neuropsychological factors associated to self-injurious behavior based on an integrative literature review of papers accessed through electronic databases in the Virtual Healthcare Library. As instrument, we used information forms for each paper. A total of 59 papers were found and 21 (36%) matched inclusion criterion: publication in Portuguese or English from 2000 to 2009 publicly available or available at CAPES Portal of Electronic Scientific Journals. Difficulties related to functions such as problem solving and decision making abilities (38%), impulsiveness (24%), emotional regulation (21%) and psychological stress (17%) were associated to self-harm. Results suggest that problems in pre-frontal circuits of the brain may be related to self-harm, since they are involved in the mechanisms of the mentioned neural functions.

Indução prévia de LTP na via CA1-córtex pré-frontal medial de ratos bloqueia os prejuízos de plasticidade pré-sináptica induzidos por modelo de psicose pós-ictal in vivo / Prevention of the CA1-mPFC pre-synaptic plasticity impairments in a post-ictal psychosis model 'in vivo'

O objetivo do presente trabalho foi testar se a indução de potenciação de longa duração (LTP) no córtex frontal seria capaz de bloquear os efeitos depressores sobre a plasticidade pré-sináptica da via hipocampo (CA1)-córtex pré-frontal medial (mPFC) induzidos por pós-descarga no hipocampo (AD; atividade epiléptica) ou pela injeção sistêmica de cetamina (KET; modelo farmacológico de psicose). Ratos anestesiados com uretana receberam implantes de eletrodos de estimulação e registro, em CA1 e mPFC, respectivamente. Estímulos elétricos monofásicos pareados foram aplicados em CA1 a cada 20s para eliciar potenciais pós-sinápticos de campo (P1 e P2) no mPFC. Avaliamos a plasticidade de curta duração através da facilitação por pulso pareado (PPF), definida pela razão entre as amplitudes de P2 e P1. Após 90min de registros de linha de base, grupos independentes de animais receberam aplicação de AD, injeção de KET-S(+) (12,5 mg/kg i.p.) ou injeção de veículo (NaCl 0,15M), e foram registrados por mais 120min. Em outro experimento registramos 30min de linha de base e aplicamos estímulos de alta frequência (HFS) para indução de LTP aos 30 e 60min. Trinta minutos depois, os animais receberam KET, AD ou veículo e tiveram seus potenciais corticais registrados por mais 120 min. Nossos resultados mostram que AD gera significativa redução (-50%) da eficiência de transmissão basal na via CA1-mPFC, enquanto KET promove leve aumento (+10%). Ambos os tratamentos também promovem prejuízo significativo da PPF na mesma via (-15%). Além disso, observamos que a indução prévia de LTP atenua as alterações da eficiência basal e bloqueia os prejuízos da PPF na via CA1-mPFC induzidos por KET e AD. Nossos achados reforçam evidências recentes de que moduladores alostéricos positivos de NMDA e AMPA atenuam os prejuízos cognitivos em modelos animais de psicose. Acreditamos, portanto, que a aplicação prévia de HFS na região CA1 do hipocampo pode ser uma ferramenta útil para melhor entendermos como prevenir os prejuízos de plasticidade sináptica no mPFC em modelos de psicose e psicose pós-ictal.

The present work aimed to test whether the induction of cortical long-term potentiation (LTP) was able to prevent the presynaptic plasticity impairment in the hippocampus (CA1)-medial prefrontal cortex (mPFC) pathway induced by hippocampal after-discharge (AD; epileptic activity) or systemic injection of ketamine (KET; pharmacological model of psychosis). Electrodes were stereotaxically positioned into CA1 and mPFC in urethane-anesthetized rats. Monophasic paired-pulses of electrical stimuli were applied to CA1 in order to evoke field post-synaptic potentials (P1 and P2) in the mPFC every 20s. Short-term plasticity was evaluated by measuring paired-pulse facilitation (PPF), defined as the amplitude ratio P2/P1. After 90min of baseline recordings, three independent groups of animals received hippocampal-AD, KET-S(+) (12.5mg/kg, i.p.) or vehicle (NaCl 0.15M) followed by 120min of evoked response monitoring. In an additional experiment, two applications of high-frequency stimuli (HFS) were given at 30 and 60min after baseline. Thirty minutes after the second HFS, the rats received KET, AD or vehicle and their cortical evoked potentials were monitored for further 120min. Our results showed that AD significantly decreased (-50%) whereas KET enhanced (+10%) CA1-mPFC basal synaptic transmission. In addition, AD and KET similarly impaired short-term plasticity in the mPFC (-15%). Interestingly, pre-induction of LTP in the mPFC prevented the PPF disruption induced by KET and AD. Altogether, our findings support recent evidences that positive allosteric modulators of NMDA and AMPA receptors attenuate cognitive impairments in animal models of psychosis. We believe that controlled HFS in CA1 can be a useful tool to better understand how to prevent synaptic plasticity disruptions observed in experimental models of psychosis and pos-ictal psychosis.

Integração de três conceitos: função executiva, memória de trabalho e aprendizado / Integration of three concepts: executive function, working memory and learning

O presente artigo discute o conceito de função executiva enquanto um processo de integração temporal, envolvendo funções como o ajuste preparatório, o controle inibitório e a memória de trabalho. Em seguida questiona o modelo multicomponente de Baddeley para a memória de trabalho e propõe uma nova classificação da função executiva que engloba os modelos de Fuster e de Baddeley. Finalmente revisita o conceito neurobiológico de aprendizado e sugere uma abordagem para se avaliar os déficits de aprendizagem que leve em conta a função executiva como a pedra angular do processo cognitivo.

This article discusses the concept of executive function as a temporal integration process, involving tasks like preparatory adaptation, inhibitory control and working memory. Next, Baddeley's multicomponent model for working memory is criticized and a new classification of executive function is proposed which incorporates both the model of Fuster as well as that of Baddeley. Finally, this paper revisits the neurobiological concept of learning and suggests an approach to appraise the learning deficits that take into account the executive function as the cornerstone of the cognitive process.

Estudo do córtex pré-frontal dorsolateral esquerdo de pacientes portadores de transtorno afetivo bipolar em comorbidade com alcoolismo através do uso de espectroscopia por ressonância magnética de hidrogênio / Study of the left dorsolateral prefrontal cortex of bipolar disorder patients with comorbid alcoholism using proton magnetic resonance spectroscopy

Cerca de 50% dos pacientes portadores de transtorno afetivo bipolar (TAB) apresentam comorbidade com abuso ou dependência de álcool. A presença de alcoolismo nos pacientes com TAB está associada a manifestações clínicas mais graves e a uma pior resposta ao tratamento do transtorno de humor. Entretanto, as anormalidades neurobiológicas subjacentes à co-ocorrência de TAB e alcoolismo são desconhecidas. Neste estudo, nosso objetivo foi o de comparar o perfil neuroquímico do córtex pré-frontal dorsolateral esquerdo de pacientes portadores de TAB e diagnóstico prévio de alcoolismo ao de pacientes portadores de TAB não-alcoolistas e ao de indivíduos saudáveis, usando espectroscopia por ressonância magnética de hidrogênio. Para isso, obtivemos uma aquisição de espectroscopia de hidrogênio de voxel único e tempo de eco curto em campo magnético de 1,5 Tesla do córtex préfrontal dorsolateral esquerdo em 23 pacientes bipolares alcoolistas, 27 pacientes bipolares não-alcoolistas e 57 indivíduos saudáveis. Níveis absolutos de N-acetilaspartato (NAA), compostos de colina, creatina mais fosfocreatina, mio-inositol, glutamato mais glutamina (Glu+Gln), e glutamato foram determinados e comparados entre os três grupos. Pacientes bipolares alcoolistas apresentaram níveis menores de Glu+Gln (p = 0,06) e de glutamato (p = 0,03) do que pacientes bipolares nãoalcoolistas. Pacientes bipolares alcoolistas apresentaram níveis menores de NAA do que controles saudáveis (p = 0,06). Esses achados sugerem que anormalidades do sistema glutamatérgico, e, possivelmente, da integridade neuronal, estão presentes no córtex pré-frontal dorsolateral esquerdo de pacientes portadores de TAB em comorbidade com alcoolismo. Tais anormalidades podem caracterizar processos fisiopatológicos que seriam específicos da comorbidade entre TAB e alcoolismo.

About 50% of bipolar disorder (BD) patients present comorbidity with alcohol abuse or dependence. The presence of alcoholism in BD is associated with worse clínical manifestations and refractoriness to treatment of the mood disorder. Nevertheless, the neurochemical underpinnings that underlie the co-occurrence of bipolar disorder and alcoholism are unknown. In this study, we sought to compare the neurochemical profile of the left dorsolateral pre-frontal cortex of BD patients with a prior diagnosis of alcoholism to non-alcoholic BD patients and healthy controls (HC), using proton (1H) magnetic resonance spectroscopy. We obtained a short-TE, single-voxel 1H spectroscopy acquisition at 1.5 Tesla from the left dorsolateral pré-frontal córtex (DLFPC) of 23 alcoholic BD patients, 27 non-alcoholic BD patients and 57 HC. Absolute levels of N-acetyl-aspartate (NAA), choline-containing compounds, phosphocreatine plus creatine, myo-inositol, glutamato plus glutamina (Glu+Gln) and glutamato were determined and compared among the three groups. Alcoholic BD patients showed lower Glu+Gln (p = 0.06) and glutamate levels (p = 0.03) than non-alcoholic BD patients. Alcoholic BD patients tended to have lower NAA levels than HC (p = 0.06). These findings suggest that glutamatergic abnormalities, and possibly, neuronal integrity abnormalities, are present in the left DLPFC of BD patients with comorbid alcoholism. Such abnormalities may characterize pathophysiological processes that are specific for the comorbidity between BD and alcoholism.