Le système cholinergique basalo-cortical joue un rôle crucial dans la régulation de la fonction visuelle grâce à son contrôle sur le cortex visuel primaire (V1). Ce système influence particulièrement la plasticité corticale, les processus d'attention et les mécanismes d'apprentissage. Les neurones cholinergiques, en particulier, jouent un rôle fondamental dans les processus d'attention et les mécanismes d'apprentissage, deux aspects clés de la cognition. Une caractéristique remarquable de ce système est sa capacité à moduler la fonction des neurones visuels. La stimulation des neurones cholinergiques, par exemple, peut entraîner une augmentation du fonctionnement de ces neurones, ce qui se traduit par une amélioration de leur sélectivité pour des tâches visuelles spécifiques. Un exemple frappant de cet effet est observé dans la sensibilité au contraste, une fonction cruciale pour la perception visuelle. Dans ce contexte, notre étude cherche à explorer et à comparer les caractéristiques distinctes de la libération d'acétylcholine (ACh) et de l'activité neuronale au sein du cortex visuel. Nous nous concentrons particulièrement sur les variations de contraste et de mouvement, deux éléments essentiels de l'environnement visuel, pour mieux comprendre comment le système cholinergique influence ces aspects de la perception visuelle. Pour ce faire, nous avons recours à l'imagerie mésoscopique, une technique avancée permettant d'observer l'activité calcique et cholinergique au niveau neuronal. L'imagerie mésoscopique de l'activité calcique et cholinergique a été réalisée chez des souris transgéniques de Thy1-gCAMP6s et des souris gACh-3.0 (senseur d’ACh transfecté par un virus adeno-associé). Dans cette étude, nous avons utilisé un réseau sinusoïdal horizontal de fréquence spatiale de 0,3 cycles par degré et de contraste variable de 30%, 50%, 75%, et 100%. La stimulation sur des moniteurs a inclus 10 répétitions de 2 secondes, avec des intervalles de 8 secondes. L’amplitude maximale des signaux calcique et cholinergiques a été calculée à l'aide d'un système d'imagerie optique modulaire et d'une caméra scientifique complémentaire métal-oxyde-semi-conducteur, CMOS. Ces mesures ont été effectuées au niveau du V1 ainsi que des zones extrastriées, y compris le cortex occipital latéral (LM), le cortex temporal intermédiaire postérieur (PM) et lateral (AL). L'examen des variationsde l'ACh et des signaux de calcium a été effectué en utilisant l'outil universal mesoscale Imaging dans le logiciel MATLAB. Des changements significatifs dépendant du contraste des signaux provenant de l'indicateur cholinergique (ACh) et calcium (Ca)ont été observés dans toutes les zones visuelles étudiées, à savoir V1, AL et PM, à l'exception de LM. Par exemple, l'amplitude moyenne pour groupe de l'expérience gACh 3.0 a été multipliée par trois lorsque l'on compare la condition de 30 % à la condition de 100 % et pour le groupe gCAMP6s plus de trois fois dans le cortex visuel primaire. En outre, la latence pour la zone V1 a été mesurée, révélant une diminution du temps de réaction à mesure que l'intensité du stimulus augmentait en fonction du contraste, statistiquement significatif pour le groupe gCAMP6s mais non statistiquement significatif pour gACh3.0. La sensibilité au mouvement a été étudiée quant à elle grâce à la projection d’un kinématogramme de points aléatoires (RDK) dont la cohérence de direction variait (de 30%, 50%, 75%, à 100%). Ni le signal calcique si celui d’ACh était sensible à la variation de la cohérence de mouvement. L'efficacité du donepezil (0.1 et 1mg/kg), qui potentialise la transmission cholinergique, était dépendante de la dose et augmentait la libération d’ACh signal mais pas le signal calcique. L’antagonisme des récepteurs muscarinique à l’ACh par la scopolamine (1mg/kg), diminuait le signal calcique. L'activité à l'état de repos présentait une corrélation modeste entre les différentes aires corticales et n’a pas été affectée par le DPZ dans le groupe gACh3.0. Cependant, dans le groupe de la gCAMP6s, les corrélations ont été renforcées après l'administration des injections. En conclusion, les résultats ont révélé une sensibilité accrue au contraste pour la signalisation du calcium et de l'ACh, où les signaux de calcium ont montré une plus grande activation par rapport aux signaux cholinergiques. Cependant les signaux n’étaient pas sensibles à la cohérence des points en mouvement. Conclusion : La libération d’ACh varie en fonction du stimulus visuel et semble avoir un impact sur l’intensité de la réponse neuronale au stimulus. Les médicaments cholinergiques et anticholinergiques, en particulier lorsqu'ils sont administrés à des doses élevées, peuvent induire des altérations de l'amplitude de l’activité corticale. / The basalo-cortical cholinergic system plays a crucial role in the regulation of visual function through its control over the precise adjustment of cortical processing. This system particularly influences cortical plasticity, attentional processes, and learning mechanisms. Cholinergic neurons, in particular, play a critical role in attention processes and learning mechanisms, which are key aspects of cognition. A notable feature of this system is its ability to modulate the function of visual neurons. For instance, stimulation of cholinergic neurons can lead to an enhanced operation of these neurons, resulting in improved selectivity for specific visual tasks. This effect is prominently observed in contrast sensitivity, a crucial function for visual perception. In this context, our study aims to explore and compare the distinct characteristics of acetylcholine (ACh) release and neuronal activity within the visual cortex. We are especially focused on variations in contrast and motion, two essential components of the visual environment, to better understand how the cholinergic system influences these aspects of visual perception. To achieve this, we employ mesoscopic imaging, an advanced technique for observing calcium and cholinergic activity at the neuronal level. Mesoscopic imaging of calcium and cholinergic activity was conducted in Thy1-gCAMP6s transgenic mice and gACh-3.0 mice (ACh sensor transduced by adeno-associated virus). In this study, we used a horizontal sinusoidal grating of 0.3 cycles per degree spatial frequency with varying contrast levels of 30%, 50%, 75%, and 100%. Stimulation on BenQ monitors included 10 repetitions of 2 seconds, with 8-second intervals. The maximum amplitude of calcium and cholinergic signals was calculated using a modular optical imaging system and a complementary metal-oxide-semiconductor, CMOS, scientific camera. These measurements were taken at V1 and extrastriate areas, including the lateral occipital cortex (LM), posterior intermediate temporal cortex (PM), and lateral (AL). Examination of ACh and calcium signal variations was performed using the universal mesoscale Imaging tool in MATLAB software. Significant contrast-dependent changes in cholinergic (ACh) and calcium (Ca) indicator signals were observed in all visual areas studied, namely V1, AL, and PM, except for LM. For instance, the mean amplitude for the gACh 3.0 experimental group was tripled when comparing the 30% to the 100% condition, and for the gcamp6s group, it was more than tripled in the primary visual cortex. Moreover, the latency for the V1 area was measured, revealing a decrease in reaction time as stimulus intensity increased according to contrast statistically significant for gCAMP6s group but not significant for gACh3.0. Motion sensitivity was studied by projecting a random dot kinematogram with varying directional coherence (from 30%, 50%, 75%, to 100%). Neither the CaS nor the ACh signal was sensitive to variation in motion coherence. The efficacy of DPZ (0.1 and 1mg/kg), which potentiates cholinergic transmission, was dose-dependent and increased ACh release but not calcium signal. Muscarinic ACh receptor antagonism by scopolamine (1mg/kg) decreased calcium signaling. Resting-state activity correlated modestly between the different cortical areas and was not affected by DPZ in the gACh3.0 group. The resting state activity exhibited a modest correlation and was infrequently impacted by treatments in the gACh3.0 group. However, in the gCAMP6s group, both positive and negative correlations were enhanced subsequent to the administration of injections. As a conclusion, the research findings revealed a strong contrast sensitivity of both calcium and ACh signalling, wherein calcium signals exhibited greater activation compared to ACh signals. The influence of ACh on visual processing is thus shown at a very low cognitive level. The signals were not changed by the coherence of moving dots. Cholinergic and anticholinergic drugs, particularly when administered in high dosages, influence the visual processing.

Les cortices sensoriels sont des régions cérébrales essentielles pour la perception. En particulier, le cortex visuel traite l’information visuelle en provenance de la rétine qui transite par le thalamus. Les neurones sont les unités fonctionnelles qui transforment l'information sensorielle en signaux électriques, la transfèrent vers le cortex et l'intègrent. Les neurones du cortex visuel sont spécialisés et analysent différents aspects des stimuli visuels. La force des connections entre les neurones peut être modulée par la persistance de l'activité pré-synaptique et induit une augmentation ou une diminution du signal post-synaptique à long terme. Ces modifications de la connectivité synaptique peuvent induire la réorganisation de la carte corticale, c’est à dire la représentation de ce stimulus et la puissance de son traitement cortical. Cette réorganisation est connue sous le nom de plasticité corticale. Elle est particulièrement active durant la période de développement, mais elle s’observe aussi chez l’adulte, par exemple durant l’apprentissage. Le neurotransmetteur acétylcholine (ACh) est impliqué dans de nombreuses fonctions cognitives telles que l’apprentissage ou l’attention et il est important pour la plasticité corticale. En particulier, les récepteurs nicotiniques et muscariniques du sous-type M1 et M2 sont les récepteurs cholinergiques impliqués dans l’induction de la plasticité corticale. L’objectif principal de la présente thèse est de déterminer les mécanismes de plasticité corticale induits par la stimulation du système cholinergique au niveau du télencéphale basal et de définir les effets sur l’amélioration de la perception sensorielle. Afin d’induire la plasticité corticale, j’ai jumelé des stimulations visuelles à des injections intracorticales d’agoniste cholinergique (carbachol) ou à une stimulation du télencéphale basal (neurones cholinergiques qui innervent le cortex visuel primaire). J'ai analysé les potentiels évoqués visuels (PEVs) dans le cortex visuel primaire des rats pendant 4 à 8 heures après le couplage. Afin de préciser l’action de l’ACh sur l’activité des PEVs dans V1, j’ai injecté individuellement l’antagoniste des récepteurs muscariniques, nicotiniques, α7 ou NMDA avant l’infusion de carbachol. La stimulation du système cholinergique jumelée avec une stimulation visuelle augmente l’amplitude des PEVs durant plus de 8h. Le blocage des récepteurs muscarinique, nicotinique et NMDA abolit complètement cette amélioration, tandis que l’inhibition des récepteurs α7 a induit une augmentation instantanée des PEVs. Ces résultats suggèrent que l'ACh facilite à long terme la réponse aux stimuli visuels et que cette facilitation implique les récepteurs nicotiniques, muscariniques et une interaction avec les récepteur NMDA dans le cortex visuel. Ces mécanismes sont semblables à la potentiation à long-terme, évènement physiologique lié à l’apprentissage. L’étape suivante était d’évaluer si l’effet de l’amplification cholinergique de l’entrée de l’information visuelle résultait non seulement en une modification de l’activité corticale mais aussi de la perception visuelle. J’ai donc mesuré l’amélioration de l’acuité visuelle de rats adultes éveillés exposés durant 10 minutes par jour pendant deux semaines à un stimulus visuel de type «réseau sinusoïdal» couplé à une stimulation électrique du télencéphale basal. L’acuité visuelle a été mesurée avant et après le couplage des stimulations visuelle et cholinergique à l’aide d’une tâche de discrimination visuelle. L’acuité visuelle du rat pour le stimulus d’entrainement a été augmentée après la période d’entrainement. L’augmentation de l’acuité visuelle n’a pas été observée lorsque la stimulation visuelle seule ou celle du télencéphale basal seul, ni lorsque les fibres cholinergiques ont été lésées avant la stimulation visuelle. Une augmentation à long terme de la réactivité corticale du cortex visuel primaire des neurones pyramidaux et des interneurones GABAergiques a été montrée par l’immunoréactivité au c-Fos. Ainsi, lorsque couplé à un entrainement visuel, le système cholinergique améliore les performances visuelles pour l’orientation et ce probablement par l’optimisation du processus d’attention et de plasticité corticale dans l’aire V1. Afin d’étudier les mécanismes pharmacologiques impliqués dans l’amélioration de la perception visuelle, j’ai comparé les PEVs avant et après le couplage de la stimulation visuelle/cholinergique en présence d’agonistes/antagonistes sélectifs. Les injections intracorticales des différents agents pharmacologiques pendant le couplage ont montré que les récepteurs nicotiniques et M1 muscariniques amplifient la réponse corticale tandis que les récepteurs M2 muscariniques inhibent les neurones GABAergiques induisant un effet excitateur. L’infusion d’antagoniste du GABA corrobore l’hypothèse que le système inhibiteur est essentiel pour induire la plasticité corticale. Ces résultats démontrent que l’entrainement visuel jumelé avec la stimulation cholinergique améliore la plasticité corticale et qu’elle est contrôlée par les récepteurs nicotinique et muscariniques M1 et M2. Mes résultats suggèrent que le système cholinergique est un système neuromodulateur qui peut améliorer la perception sensorielle lors d’un apprentissage perceptuel. Les mécanismes d’amélioration perceptuelle induits par l’acétylcholine sont liés aux processus d’attention, de potentialisation à long-terme et de modulation de la balance d’influx excitateur/inhibiteur. En particulier, le couplage de l’activité cholinergique avec une stimulation visuelle augmente le ratio de signal / bruit et ainsi la détection de cibles. L’augmentation de la concentration cholinergique corticale potentialise l’afférence thalamocorticale, ce qui facilite le traitement d’un nouveau stimulus et diminue la signalisation cortico-corticale minimisant ainsi la modulation latérale. Ceci est contrôlé par différents sous-types de récepteurs cholinergiques situés sur les neurones GABAergiques ou glutamatergiques des différentes couches corticales. La présente thèse montre qu’une stimulation électrique dans le télencéphale basal a un effet similaire à l’infusion d’agoniste cholinergique et qu’un couplage de stimulations visuelle et cholinergique induit la plasticité corticale. Ce jumelage répété de stimulations visuelle/cholinergique augmente la capacité de discrimination visuelle et améliore la perception. Cette amélioration est corrélée à une amplification de l’activité neuronale démontrée par immunocytochimie du c-Fos. L’immunocytochimie montre aussi une différence entre l’activité des neurones glutamatergiques et GABAergiques dans les différentes couches corticales. L’injection pharmacologique pendant la stimulation visuelle/cholinergique suggère que les récepteurs nicotiniques, muscariniques M1 peuvent amplifier la réponse excitatrice tandis que les récepteurs M2 contrôlent l’activation GABAergique. Ainsi, le système cholinergique activé au cours du processus visuel induit des mécanismes de plasticité corticale et peut ainsi améliorer la capacité perceptive. De meilleures connaissances sur ces actions ouvrent la possibilité d’accélérer la restauration des fonctions visuelles lors d’un déficit ou d’amplifier la fonction cognitive. / Sensory cortex is an essential area where sensory perception occurs. Especially visual cortex processes visual information transmitted from the retina through the thalamus. By different neuronal activation the information is segregated and sent to diverse visual area for interpretation. Neurons are the basic unit that transform sensory information into electrophysiological signal, transfer to the cortex and integrate it. Connection between neurons can be modulated depending on the persistent presynaptic activity inducing either a long-term increase or decrease of the post-synaptic activity. Modification in synaptic strength can affect large area and induce reorganization of cortical map (i.e. cortical plasticity) which changes the representation of the visual stimulus and its weight in visual processing. Cortical plasticity can occur during juvenile while forming developmental connection or in adult while acquiring novel information (i.e. learning). The neurotransmitter ACh is involved in many cognitive functions, such as learning or attention and it was demonstrated that lesioning or blocking cholinergic system diminishes cortical plasticity. It was shown that nicotinic, M1 subtype and M2 subtype muscarinic receptors are the major cholinergic receptors abundant in the cortex and implicated during cortical plasticity induction. In a first part, I analyzed visual evoked potentials (VEPs) in V1 of rats during a 4-8h period after coupling visual stimulation to an intracortical injection of ACh agonist carbachol or stimulation of basal forebrain. To clarify the action of ACh on VEP activity in V1, we individually injected muscarinic, nicotinic, α7, and NMDA receptor antagonists just before carbachol infusion. Stimulation of the cholinergic system paired with visual stimulation significantly increased VEP amplitude for long-term. Pre-inhibition of muscarinic, nicotinic and NMDA receptor completely abolished this long-term enhancement, while α7 inhibition induced an instant increase of VEP amplitude. This suggests a role of ACh in facilitating visual stimuli responsiveness which involves nicotinic and muscarinic receptors with an interaction of NMDA transmission in the visual cortex. These mechanisms were similar to long-term potentiation, a neurobiological mechanism of learning. In a second step, I evaluate whether cholinergic modulation of visual neurons results in cortical activity and visual perception changes. Awake adult rats were exposed repetitively for two weeks to an orientation-specific grating with coupling visual stimulation to an electrical stimulation of the basal forebrain. The visual acuity, as measured using a visual water maze before and after coupling visual/cholinergic stimulation was increased. The increase in visual acuity was not observed when visual or basal forebrain stimulation was performed separately nor when cholinergic fibers were selectively lesioned prior to the visual stimulation. There was a long-lasting increase in cortical reactivity of the primary visual cortex shown by c-Fos immunoreactivity of both pyramidal and GABAergic interneuron. These findings demonstrate that when coupled with visual training, the cholinergic system improves visual performance for the trained orientation probably through enhancement of attentional processes and cortical plasticity in V1 related to the ratio of excitatory/inhibitory inputs. Finally, I also investigated the different pharmacological mechanisms involved in the visual enhancement. Pre- and post-pairing visual/cholinergic stimulation VEP were compared with selective administered agonist/antagonist during the pairing. Awaken adult rats were exposed during 10 minutes per day for 1 week to an orientation specific grating with an electrical stimulation of the basal forebrain. Intracortical injection of different pharmacological agents during pairing demonstrated that nicotinic and M1 muscarinic receptors are used to amplify cortical response while M2 muscarinic receptor suppresses GABAergic neurons to disinhibit excitatory neurons. Infusion of GABAergic antagonist supported that inhibitory system is crucial to induce cortical plasticity. These findings demonstrate that visual training coupled with the cholinergic stimulation enhances the cortical plasticity mediated by nicotinic, M1 and M2 muscarinic receptors, which the latter induces a disinhibition by suppressing GABAergic neuron. The cholinergic system is a potent neuromodulatory system. Boosting this system during perceptual learning robustly enhances the sensory perception. Especially, pairing a cholinergic activation with a visual stimulation increases the signal-to-noise ratio, cue detection ability in the primary visual cortex. This cholinergic enhancement increases the strength of thalamocortical afferent to facilitate the treatment of a novel stimulus while decreasing the cortico-cortical signaling to minimize recurrent or top-down modulation. This is mediated by different cholinergic receptor subtypes located in both glutamatergic and GABAergic neurons of the different cortical layers. The mechanisms of cholinergic enhancement are closely linked to attentional processes, long-term potentiation and modulation of the excitatory/inhibitory balance. The present thesis shows that electrical stimulation of the basal forebrain has similar effect with cholinergic agonist release and pairing visual/cholinergic stimulation induces cortical plasticity. Repetitive pairing of visual/cholinergic increases visual discrimination capacity and enhances perceptual ability. This enhancement is followed by an augmentation of neuronal activity demonstrated by c-Fos immunohistochemistry. Immunoreactivity also shows difference in glutamatergic and GABAergic neurons activities between layers. Pharmacological injection during visual/cholinergic pairing suggests that nicotinic and M1 muscarinic receptor can amplify excitatory response while M2 receptor controls GABAergic activation. Altogether cholinergic system activated during visual process induces cortical plasticity and can enhance perceptual ability. Further understanding of this training has the potential to accelerate visual recovery or boost cognitive function.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Cigarette smoke exposure is a major risk factor to the development of cardiovascular diseases, neurocognitive and neurobiological deficits. Nowadays, phytotherapy is widely employed in the treatment of many illnesses. Curcumin, a polyphenol obtained from the rhizomes of Curcuma longa and commonly used in the oriental culinary and traditional medicine, has several pharmacological properties such as antioxidant, antiaggregant and neuroprotective. Despite its wide-ranging spectrum of pharmacological properties, curcumin possess potential to prevent the noxious effects caused by cigarette smoke exposure. In this context, the purpose of this study was to evaluate the effect of curcumin on memory and parameters involved in the homeostasis of central nervous system (CNS) in rats passively exposed to cigarette smoke. The experiments were performed in two different stages, being the first divided in two sets. In the first set, animals were randomly assigned into four groups: vehicle; curcumin 12.5 mg/kg; curcumin 25 mg/kg; and curcumin 50 mg/kg. In the second set, animals were randomly assigned into five groups: vehicle, cigarette smoke; curcumin 12.5 mg/kg along with cigarette smoke; curcumin 25 mg/kg along with cigarette smoke; and curcumin 50 mg/kg along with cigarette smoke. In the second experimental stage, animals were randomly divided into ten groups: vehicle; curcumin 12.5 mg/kg; curcumin 25 mg/kg; curcumin 50 mg/kg; nanoencapsulated curcumin 4 mg/kg; cigarette smoke; curcumin 12.5 mg/kg along with cigarette smoke; curcumin 25 mg/kg along with cigarette smoke; curcumin 50 mg/kg along with cigarette smoke; and nanoencapsulated curcumin 4 mg/kg along with cigarette smoke. The treatment with curcumin and cigarette smoke was carried out once a day, 5 days each week, during 30 days. Curcumin was administered orally and, approximately 10 minutes later, the smoking groups were exposed to the sidestream smoke of four commercial cigarettes (nicotine 0.9 mg, tar 10 mg each) inside a whole-body smoke exposure chamber. After thirty days, the animals were euthanized, the blood collected and the brain dissected in cerebral cortex, hippocampus, hypothalamus, striatum and cerebellum. The group of rats exposed to cigarette smoke showed an increase in the activity of the enzymes E-NTPDase (ATP as substrate) and E-5 -NT, and a reduction in the activity of the enzyme E-NTPDase (ADP as substrate) in platelets; an increase in the activities of the enzymes E-NTPDase, E-5 -NT and AChE in synaptosomes from the cerebral cortex; an increase in the activity of AChE in cerebellum, cerebral cortex, hippocampus, striatum, hypothalamus and peripheral blood; a decrease in the activities of the enzymes Na+,K+-ATPase and Ca2+-ATPase and a redox imbalance. Furthermore, in the same group of animals, it was observed a cognitive impairment evaluated through the inhibitory avoidance test and the object recognition test. We conclude that the use of both formulations of curcumin, free and nanostructured, prevents the effects observed in the purinergic and cholinergic system, in the enzymes involved in the ion homeostasis and in the oxidative stress parameters. Finally, the results obtained in this study indicate that curcumin administration as lipid-core nanocapsules may be an alternative to increase its efficacy, probably by the increase of its bioavailability when administered orally. / A exposição à fumaça do cigarro é um fator de risco para o desenvolvimento de doenças cardiovasculares, déficits neurocognitivos e neurobiológicos. Atualmente, o emprego de fitoterápicos é uma das alternativas para o tratamento de diversas doenças. A curcumina, um polifenol obtido a partir de rizomas de Curcuma longa e amplamente utilizado na culinária e na medicina tradicional oriental, possui diversas propriedades farmacológicas como antioxidante, anti-agregante e neuroprotetora. Em virtude de seu amplo espectro de propriedades farmacológicas a curcumina possui potencial para a prevenção dos efeitos causados pela exposição à fumaça do cigarro. Neste contexto, o objetivo deste estudo foi avaliar o efeito da curcumina sobre a memória e parâmetros envolvidos na homeostase do sistema nervoso central (SNC) em ratos expostos de forma passiva à fumaça do cigarro. Os experimentos foram realizados em duas etapas, sendo a primeira delas dividida em duas fases. Na primeira fase, os animais foram divididos aleatoreamente em quatro grupos, denominados: veículo; curcumina 12,5 mg/kg; curcumina 25 mg/kg; e curcumina 50 mg/kg. Na segunda fase, os animais foram divididos aleatoreamente em cinco grupos, denominados: veículo; cigarro; cigarro + curcumina 12,5 mg/kg; cigarro + curcumina 25 mg/kg; e cigarro + curcumina 50 mg/kg. Na segunda etapa experimental, os animais foram divididos aleatoreamente em dez grupos, denominados: veículo; curcumina 12,5 mg/kg; curcumina 25 mg/kg; curcumina 50 mg/kg; curcumina nanoencapsulada 4 mg/kg; cigarro; cigarro + curcumina 12,5 mg/kg; cigarro + curcumina 25 mg/kg; cigarro + curcumina 50 mg/kg; cigarro + curcumina nanoencapsulada 4 mg/kg. O tratamento com a curcumina e com a fumaça do cigarro foi realizada uma vez por dia, cinco dias por semana, durante trinta dias. A curcumina foi administrada de forma oral e, após aproximadamente dez minutos, os grupos fumantes eram expostos à fumaça de quatro cigarros comerciais (0,9 mg de nicotina, 10 mg de alcatrão cada) dentro de uma câmara de exposição. Após trinta dias, os animais foram eutanasiados, o sangue coletado e o encéfalo dissecado em córtex cerebral, hipocampo, hipotálamo, estriado e cerebelo. O grupo de ratos expostos à fumaça do cigarro apresentou um aumento na atividade das enzimas E-NTPDase (ATP como substrato) e E-5 -NT, e uma redução na atividade da enzima E-NTPDase (ADP como substrato) em plaquetas; um aumento nas atividades das enzimas E-NTPDase, E-5 -NT e AChE em sinaptossomas de córtex cerebral; um aumento na atividade da enzima AChE em cerebelo, córtex cerebral, hipocampo, estriado, hipotálamo e sangue periférico; uma redução nas atividades das enzimas Na+,K+-ATPase e Ca2+-ATPase e um desequilíbrio no balanço redox. Além disso, neste mesmo grupo de animais observou-se um déficit cognitivo avaliado através dos testes da esquiva inibitória e do reconhecimento de objetos. Concluimos que o uso de ambas as formulações de curcumina livre e nanoestruturada previne os efeitos observados nas atividades das enzimas do sistema purinérgico, colinérgico, nas enzimas envolvidas na formação do gradiente iônico e nos parâmetros de estresse oxidativo. Por fim, os resultados obtidos neste estudo indicam que a administração da curcumina através de nanocápsulas de núcleo lipídico possa ser uma alternativa para o aumento de sua eficácia, provavelmente pelo aumento da biodisponibilidade da curcumina administrada de forma oral.

"Το τσάι του βουνού" (στο οποίο ανήκουν πολλά είδη του γένους Sideritis) καταναλώνεται παραδοσιακά στην Ελλάδα ως ηρεμιστικό αλλά και ενάντια του κρυολογήματος και αλλεργιών. Η παρούσα μελέτη διερευνά την πιθανή νευροπροστατευτική δράση του ανωτέρω φυτού και εστιάζεται: α) στην επίδραση του αφεψήματος του φυτού Sideritis clandestina subsp. clandestina σε συμπεριφερικές παραμέτρους ενηλίκων μυών (άγχος/φόβος, μνήμη/μάθηση), β) στην επίδραση του αφεψήματος του ανωτέρω φυτού σε βιοχημικές παραμέτρους και πιο συγκεκριμένα στη συγκέντρωση της ανηγμένης γλουταθειόνης, στην υπεροξείδωση λιπιδίων και στην ενεργότητα δυο ισομορφών του ενζύμου της ακετυλοχολινεστεράσης (AChE) και γ) στην in vitro πιθανή αντιχολινεστερασική και αντιαμυλοειδική δράση του υδατικού εκχυλίσματος του φυτού. Το φυτικό αφέψημα σε συγκέντρωση 4% w/v χορηγoόταν καθημερινά σε αρσενικούς Balb-c μύες για περίοδο 40 ημερών. Για την εκτίμηση του άγχους/φόβου χρησιμοποιήθηκε α) η δοκιμασία του Υπερυψωμένου Λαβυρίνθου (χρόνος παραμονής των μυών στους ανοιχτούς βραχίονες ως προς το συνολικό χρόνο παραμονής στους ανοιχτούς και κλειστούς βραχίονες της συσκευής) και β) η δοκιμασία του Θιγμοτακτισμού (τάση παραμονής των μυών πλησίον των τοιχωμάτων του ειδικού κλωβού). Η μνήμη-μάθηση μελετήθηκε με τη δοκιμασία της Παθητικής Αποφυγής η οποία βασίζεται στην παρατήρηση ότι τα πειραματόζωα θα θυμούνται ότι μια συγκεκριμένη αντίδρασή τους θα έχει αρνητικές συνέπειες (εφαρμογή επώδυνου ηλεκτρικού ερεθίσματος στα άκρα). Οι οξειδωτικές/αντιοξειδωτικές ιδιότητες του φυτικού αφεψήματος προσδιορίστηκαν με εκτίμηση α) της συγκέντρωσης του αντιοξειδωτικού δείκτη της ανηγμένης γλουταθειόνης, η οποία στηρίζεται στο σχηματισμό ενός φθορίζοντος συμπλόκου μετά την αντίδραση της ο-φθαλαλδεϋδης με τη γλουταθειόνη και υστιδύλ-ενώσεις και β) τα επίπεδα λιπιδικής υπεροξείδωσης μέσω προσδιορισμού των επιπέδων του οξειδωτικού δείκτη της μηλονικής διαλδεΰδης που στηρίζεται στο σχηματισμό του φθορίζοντος συμπλόκου που δημιουργείται όταν η μηλονική αλδεΰδη αντιδρά με το θειοβαρβιτουρικό οξύ. Η ενεργότητα του ενζύμου της ακετυλοχολινεστεράσης (AChE) τόσο ex vivo όσο και in vitro προσδιορίστηκε με τη χρήση της χρωματομετρικής μεθόδου του Ellman, όπου ως υπόστρωμα του ενζύμου χρησιμοποιήθηκε η ιωδιούχος ακετυλοθειοχολίνη. Κατά τον προσδιορισμό της ενεργότητας του ενζύμου in vitro ως εσωτερικό πρότυπο χρησιμοποιήθηκε η γαλανταμίνη, ένας ισχυρός αναστολέας του ενζύμου. Η πιθανή αντιαμυλοειδκή δράση του φυτικού εκχυλίσματος μελετήθηκε με τη μέθοδο της θειοφλαβίνης-Τ. Τα αποτελέσματα της δοκιμασίας του Υπερυψωμένου Λαβύρινθου έδειξαν ότι ο χρόνος παραμονής στους ανοιχτούς βραχίονες ως προς το συνολικό χρόνο παραμονής στους ανοιχτούς και κλειστούς βραχίονες της συσκευής είναι στατιστικώς σημαντικά αυξημένος για την ομάδα των ζώων που κατανάλωσαν το φυτικό αφέψημα σε σύγκριση με τους μάρτυρες. Από τη δοκιμασία του Θιγμοτακτισμού για την πειραματική ομάδα φάνηκε ότι ο χρόνος θιγμοτακτισμού μειώνεται και ο αριθμός των εισόδων στην κεντρική περιοχή του ανοιχτού πεδίου αυξάνεται για κάθε 5 λεπτά παραμονής (εκ του συνολικού διαστήματος των 30 λεπτών) στη συσκευή εν συγκρίσει με την ομάδα των μαρτύρων. Τέλος, κατά τη δοκιμασία της Παθητικής Αποφυγής ο αρχικός και τελικός λανθάνων χρόνος (IL, STL αντίστοιχα) φάνηκε να μη διαφέρουν μεταξύ των δυο ομάδων πειραματοζώων. Η πόση του φυτικού αφεψήματος επηρέασε με ιστοειδικό τρόπο τις υπό μελέτη βιοχημικές παραμέτρους, καθώς παρατηρήθηκε αύξηση των επιπέδων της ανηγμένης γλουταθειόνης και μείωση της υπεροξείδωσης λιπιδίων στον ολικό εγκέφαλο (-παρ/δας) των ενηλίκων μυών, η οποία συνοδευόταν από αλλαγές στις επιμέρους εγκεφαλικές περιοχές της παρεγκεφαλίδας και του μεσεγκεφάλου ενώ ο εγκεφαλικός φλοιός ακολούθησε το πρότυπο του ήπατος και έδειξε να μην επηρεάζεται. Σε σχέση με την ενεργότητα των δυο ισομορφών του ενζύμου της AChE παρατηρήθηκε αναστολή στον ολικό εγκέφαλο (-παρ/δας) της πειραματικής ομάδας συγκρινόμενη με τους μάρτυρες, η οποία συνοδεύτηκε από μείωση στις επιμέρους περιοχές του εγκεφαλικού φλοιού, του ραβδωτού και του ιπποκάμπου. Το υδατικό εκχύλισμα του Sideritis clandestina subsp. clandestina παρουσίασε: 10% αντιχολινεστερασική δράση in vitro σε αντίθεση με τον αναστολέα της γαλανταμίνης ο οποίος ανέστειλλε το ένζυμο σε ποσοστό 85%. Τέλος, το φυτικό εκχυλίσματος σε συγκέντρωση 0,3mg/mL ανέστειλε τη συσσωμάτωση του Αβ πεπτιδίου σε ποσοστό περίπου 85%. Με βάση τα ανωτέρω το «τσάι του βουνού» επιδεικνύει τάση για αγχόλυση, ενισχύει την αντιοξειδωτική άμυνα, έχει αντιχολινεστερασικές ιδιότητες και επιφέρει ανασταλτικό αποτέλεσμα στη συσσωμάτωση του Αβ αμυλοειδούς. Οι δράσεις του αυτές οφείλονται πιθανόν στην πολυφαινολική του σύσταση και οι μηχανισμοί που εμπλέκονται χρήζουν περαιτέρω διερεύνησης. / “Mountain tea” (various species of Sideritis) has been traditionally consumed in Greece as a calmative and against common cold and allergies. The aim of the present study was to examine the neuroprotective role of the above plant and focus on: a) the effect of tea drinking in behavioral parameters of adult mice (fear/anxiety, learning and memory), b) the effect of tea drinking in antioxidative biochemical parameters of adult mice brain and liver, i.e. the concentration of reduced glutathione (GSH), the levels of lipid peroxidation and the activity of the two acetylcholinesterase (AChE) isoforms, and c) in vitro putative anticholinesterase and antiamyloid actions of Sideritis clandestina subsp. clandestina infusion. The beverage was provided (4g/100 mL, daily) for 40 days to adult male Balb-c/jice. Fear/anxiety was assessed by the measurement of i) the percentage of time spent in the open arms of the elevated plus maze apparatus and ii) the thigmotactic response (the tendency to remain close to vertical surfaces) of adult mice in an open-field. Learning and memory was assessed using the step-through passive avoidance task which is based on the obseravation that the experimental mice remember that a specific reaction has negative effects (electric foot shock). The oxidant/antioxidant properties of tea drinking was determined via measurement of a) the concentration of GSH (antioxidant marker), which is based on the formation of a fluorescent complex after the reaction of o-pthalaldehyde with glutathione and hystidyl compounds and b) the levels of malondialdehyde (MDA) (oxidant marker) by monitoring thiobarbituric acid reactive substance formation. The ex vivo and in vitro AChE activity was measured using the colorimetric method of Ellman where acetylthiocholine iodide was used as a substrate. Galantamine, a strong inhibitor of AChE, was used as a standard during in vitro determination of the enzyme activity. The effect of the infusion on amyloid-beta aggregation was studied in vitro with a thioflavine T - based fluorescence assay. Tea drinking caused statistically significant a) increase of the time percentage that animals spent into the open arms of the elevated plus maze apparatus and b) decrease of thigmotaxis time and increase of the time that animals entered to the central area of open field. Initial and Step-Through Latency showed no significant difference between two animal groups. The beverage also affected the biochemical parameters examined in the present study, in a tissue specific manner. More specifically, adult mice whole brain (-Ce) displayed increased reduced glutathione content and decreased lipid peroxidation levels compared to the controls. Similar changes were also observed in cerebellum and midbrain while cerebral cortex and liver were not affected. Regarding the activity of the two AChE isoforms, tea intake caused significant inhibition of these enzymes’ activity in whole brain (-Ce), compared with the control group. In agreement, cerebral cortex, striatum and hippocampus dispayed similar inhibition in both AChE isoforms activity after tea consuming. Sideritis clandestina subsp. clandestina infusion exhibited 10% in vitro anticholinesterase activity while galantamine inhibited the enzyme in a percentage of 85%. Moreover, tea infusion in a concentration of 0,3 mg/mL exhibited 85% inhibition of Ab1-40 fibrillogenesis in vitro, indicating, thus, strongly a putative antiamyloid action of Sideritis clandestina subsp. clandestinα. Conclusively, our results suggest that mountain tea infusion exhibits anxiolytic-like action, antioxidant and anticholintesterase properties and a strong, in vitro, inhibitory effect on amyloid-beta’s aggregation. These activities are most probably due to the polyphenols contained in Sideritis clandestina subsp. clandestina infusion; the underlying mechanisms need, though, further, in deep investigation.

Πολλοί περιβαλλοντικοί παράγοντες μελετώνται εδώ και δεκαετίες για τις επιπτώσεις τους στο νευρικό σύστημα. Περιβαλλοντικοί παράγοντες όπως ο μόλυβδος (Pb) έχει δειχθεί ότι εμπλέκονται στην παθοφυσιολογία ασθενειών όπως η νόσος Alzheimer προκαλώντας νευροεκφύλιση σε ενήλικους αλλά και αναπτυσσόμενους οργανισμούς. Το περιβάλλον όμως είναι επιπλέον πλούσιο σε προστατευτικούς παράγοντες όπως τα εκχυλίσματα διαφόρων φυτών της ελληνικής επικράτειας τα οποία μάλιστα αποτελούν και σημαντική πηγή εσόδων σε περιπτώσεις όπως του κρόκου της Κοζάνης. Σκοπός της παρούσας εργασίας ήταν η διερεύνηση της επίδρασης της πόσης μολύβδου (500ppm) για 14 και 28 ημέρες, η πόση αφεψήματος του φυτού Crocus sativous για 28 ημέρες και η χορήγησή τους σε σειρά για 14 και 14 μέρες αντίστοιχα, από ενήλικους αρσενικούς μύες. Συγκεκριμένα διερευνήθηκαν οι συμπεριφορικές καταστάσεις άγχος/φόβος και τάση για κατάθλιψη καθώς και οι βιοχημικοί δείκτες ενεργότητα της ακετυλοχολινεστεράση (AChE), συγκέντρωση της γλουταθειόνης (GSH) και υπεροξείδοση των λιπιδίων μέσω της συγκέντρωσης της μηλονικής διαλδεΰδης (MDA). Αναλυτικά, οι συμπεριφορικές καταστάσεις άγχος φόβος μελετήθηκαν με τη χρήση των δοκιμασιών του υπερυψωμένου λαβυρίνθου και του θιγμοτακτισμού και η επαγωγή καταθλιπτικής τάσης με τη χρήση της δοκιμασίας της εξαναγκασμένης κολύμβησης. Η ενεργότητα του ενζύμου AChE μετρήθηκε με τη χρήση της χρωματομετρικής μεθόδου του Ellman σε διαλυτό σε άλας κλάσμα (SS) [περιέχει κυρίως την G1 ισομορφή του ενζύμου] και διαλυτό σε απορρυπαντικό κλάσμα (DS) [περιέχει κυρίως την G4 ισομορφή του ενζύμου] του ιστού. Η συγκέντρωση της γλουταθειόνης προσδιορίστικέ με τη φθορισμομετρική μέθοδο των Mokrasch LC. & Teschke EJ. (1984), η οποία βασίζεται στο σχηματισμό φθορίζοντος συμπλόκου μετά την αντίδραση της ο- φθαλαλδεΰδης με την γλουταθειόνη και ιστιδυλ- ενώσεις. Τέλος η υπεροξείδωση των λιπιδίων μελετήθηκε μέσω της μηλονικής διαλδεΰδης (MDA), η οποία αποτελεί το κύριο προϊόν της υπεροξείδωσης των πολυακόρεστων λιπαρών οξέων. Ο προσδιορισμός της έγινε φθορισμομετρικά λόγω του συμπλόκου που δημιουργείται όταν η ίδια αντιδρά με το θειοβαρβιτουρικό οξύ. Οι παραπάνω μελέτες έγιναν στους ιστούς φλοιός, παρεγκεφαλίδα, μεσεγκέφαλος, ιππόκαμπος, ραβδωτό και ήπαρ ενήλικων αρσενικών μυών. Τα αποτελέσματά μας έδειξαν ότι το βάρος των πειραματοζώων δεν επηρεάζεται κατά τη διάρκεια του χειρισμού, η πόση του Pb για 28 και 14 ημέρες προκάλεσε αγχογενή συμπεριφορά και επαγωγή του φόβου στα πειραματόζωα καθώς και επαγωγή καταθλιπτικής τάσης. Η χορήγηση του κρόκου στους μύες μάρτυρες σχετίζεται με αγχολυτική δράση αλλά όχι με αντικαταθλιπτική δράση. Αντικαταθλιπτική του δράση παρατηρείται μόνο στην περίπτωση που ακολούθησε τη χορήγηση του μολύβδου για 14 ημέρες. Επίσης η χορήγηση Pb προκάλεσε αναστολή της ενερότητας και των δύο ισομορφών του ενζύμου με ιστοειδικό τρόπο, η πόση του αφεψήματος του φυτού οδήγησε σε θετική δράση σε σχέση με την ενεργότητά του τόσο όταν χορηγήθηκε μόνο του όσο και κατά τη χορήγηση του μετά από το Pb (με ιστοειδικό τρόπο δράσης). Αξίζει να σημειωθεί ότι η δράση του μολύβδου μπορεί να είναι άμεση προκαλώντας νευροεκφύλιση είτε έμμεση επεμβαίνοντας σε διάφορα μεταβολικά μονοπάτια που επειρεάζουν την ενεργότητα του ενζύμου. Αναφορικά με τη συγκέντρωση της γλουταθειόνης ο μόλυβδος όταν χορηγήθηκε έδρασε ιστοειδικά, προκαλώντας μείωση της ενεργότητας του ενζύμου ενώ δεν παρατηρήθηκε δράση του φυτικού αφεψήματος επι του ενζύμου. Τέλος η υπεροξείδωση των λιπιδίων αυξήθηκε ιστοειδικά από την χορήγηση του Pb ενώ αντίθετα περιορίστηκε από την πόση του αφεψήματος με επίσης ιστοειδικό τρόπο. Συνοψίζοντας, στην παρούσα εργασία παρατηρήθηκε αρνητική δράση του μολύβδου σε συμπεριφορικό και βιοχημικό επίπεδο, θετική δράση του κρόκου στις παραπάνω διεργασίες καθώς επίσης θετική δράση κατά περίπτωση και της σε σειρά χορήγησης του αφεψήματος κρόκου μετά από χορήγηση μολύβδου. / Various environmental factors have been studied decades ago due to their effects on nervous system. It has been shown that lead (Pb) is implicated in the pathophysiology of diseases such as Alzheimer’s disease, resulting in neurodegeneration in adult and developing organisms. Also, the environment is rich in protective agents, such as various plant extracts of the Greek flora (e.g. Greek saffron which is cultivated at Kozani region in northern Greece) that present simultaneous financial interest. Aim of the present study was to investigate the effects of oral administration of lead (500ppm) for 14 and 28 days, Crocus sativous infusion for 28 days and lead (for 14 days) plus Crocus sativous infusion (for 14 days), in adult male mice. Briefly, behavioral parameters of anxiety/fear and depression-like and acetylcholinesterase (AChE) activity, glutathione (GSH) and lipid peroxidation (malondialdehyde, MDA) levels, were evaluated. In detail, anxiety/fear and depression-like behavior were assessed by using the elevated plus maze and thigmotaxis tests and forced swimming test, respectively. AChE activity was determined in salt soluble (SS) [contains mainly G1 isoform of the enzyme] and detergent soluble (DS) [contains mainly the G4 isoform of the enzyme] fractions of tissue homogenates, by Ellman’s colorimetric method. Glutathione content was measured fluorometrically according to the procedure of Mokrasch LC. & Teschke EJ. (1984), which is based on the formation of a fluorescent complex after reaction with o-phthalaldehyde and histidyl compounds. Also, lipid peroxidation levels were determined fluorometrically by measuring malondialdehyde (MDA) concentration after its reaction with thiobarbituric acid, as MDA is the main product of polyunsaturated fatty acid peroxidation. The biochemical assessments were performed in cortex, cerebellum, midbrain, hippocampus, striatum and liver of adult male mice. Our results showed that there were no effects on mouse body weight during the experimental period and Pb intake for 28 and 14 days induced anxiety/fear and depression-like behavior. Saffron administration to control mice is associated with anxiolytic but not antidepressant efficacy. Antidepressant effects of saffron were observed only in mice pre-treated with lead for 14 days. Also, Pb intake caused inhibition of both AChE isoforms’ activity and saffron infusion that was administered either alone or under Pb toxicity, beneficially affected enzyme activity, in a tissue-specific way. It should be noticed that lead may act directly, inducing neurodegeneration or indirectly, interfering with various metabolic pathways that influences AChE activity. Moreover, Pb intake reduced glutathione content in a tissue-specific way, while no effect was observed after saffron administration. Finally, lipid peroxidation levels were increased and decreased tissue specifically, after Pb and saffron administration, respectively. Conclusively, the current study presents adverse effects of lead on behavioral and biochemical parameters and beneficial effects of saffron infusion when it was administered either alone or under Pb toxicity.

L’acétylcholine (ACh) endogène de la corne dorsale de la moelle épinière (CDME) exerce une analgésie puissante utilisée en clinique, dont la source et les mécanismes demeurent inconnus. Elle siège probablement au niveau d’un plexus de fibres cholinergiques de la CDME d’origine non-élucidée. Dans ce contexte, nous avons pu établir que ce plexus est principalement issu d’interneurones cholinergiques spinaux caractérisés dans ces travaux, qui seraient donc le substrat probable de l’analgésie décrite. Décrits comme concourant aux effets aigus et analgésiques de la morphine, nous avons, par ailleurs, pu observer que les récepteurs de l’ACh participaient également aux effets chroniques et pro-algésique de la morphine, notamment au niveau de la CDME. Ceci place donc l’ACh comme un effecteur ou intermédiaire de la morphine.Nos travaux suggèrent ainsi que le système cholinergique spinal pourrait constituer une cible thérapeutique alternative pour de nouveaux traitements de la douleur / In the spinal cord dorsal horn (SCDH), endogenous acetylcholine (ACh) acts as a powerful analgesia, of clinical use. Though its source and mechanisms remain unravelled, this analgesia probably lies in a plexus of cholinergic fibers (PCF) located in the SCDH and of undetermined origin. In this context, we established that the PCF mainly originates from a spinal population of cholinergic interneurons, fully characterized in this work. These are, thus, the likely substrate of the spinal cholinergic analgesia.Besides, ACh receptors (AChR) partly mediate the analgesic acute effects of morphine. In this work, we also observed that a chronically-administered AChR agonist reproduces as well the pro-algesic effects of morphine in the same conditions. Thus, ACh appears as a possible intermediary or a final effecter of the morphine pain pathways.Our data suggest that the cholinergic system could become a new putative therapeutic target in pain management and treatment.