Communication structure of cortical networks

Large-scale cortical networks exhibit characteristic topological properties that shape communication between brain regions and global cortical dynamics. Analysis of complex networks allows the description of connectedness, distance, clustering, and centrality that reveal different aspects of how the network's nodes communicate. Here, we focus on a novel analysis of complex walks in a series of mammalian cortical networks that model potential dynamics of information flow between individual brain regions. We introduce two new measures called absorption and driftness. Absorption is the average length of random walks between any two nodes, and takes into account all paths that may diffuse activity throughout the network. Driftness is the ratio between absorption and the corresponding shortest path length. For a given node of the network, we also define four related measurements, namely in-and out-absorption as well as in-and out-driftness, as the averages of the corresponding measures from all nodes to that node, and from that node to all nodes, respectively. We find that the cat thalamo-cortical system incorporates features of two classic network topologies, Erdos-Renyi graphs with respect to in-absorption and in-driftness, and configuration models with respect to out-absorption and out-driftness. Moreover, taken together these four measures separate the network nodes based on broad functional roles (visual, auditory, somatomotor, and frontolimbic).

EEG-based Brain-Computer Interfaces: An Overview of Basic Concepts and Clinical Applications in Neurorehabilitation

Some patients are no longer able to communicate effectively or even interact with the outside world in ways that most of us take for granted. In the most severe cases, tetraplegic or post-stroke patients are literally `locked in` their bodies, unable to exert any motor control after, for example, a spinal cord injury or a brainstem stroke, requiring alternative methods of communication and control. But we suggest that, in the near future, their brains may offer them a way out. Non-invasive electroencephalogram (EEG)-based brain-computer interfaces (BCD can be characterized by the technique used to measure brain activity and by the way that different brain signals are translated into commands that control an effector (e.g., controlling a computer cursor for word processing and accessing the internet). This review focuses on the basic concepts of EEG-based BC!, the main advances in communication, motor control restoration and the down-regulation of cortical activity, and the mirror neuron system (MNS) in the context of BCI. The latter appears to be relevant for clinical applications in the coming years, particularly for severely limited patients. Hypothetically, MNS could provide a robust way to map neural activity to behavior, representing the high-level information about goals and intentions of these patients. Non-invasive EEG-based BCIs allow brain-derived communication in patients with amyotrophic lateral sclerosis and motor control restoration in patients after spinal cord injury and stroke. Epilepsy and attention deficit and hyperactive disorder patients were able to down-regulate their cortical activity. Given the rapid progression of EEG-based BCI research over the last few years and the swift ascent of computer processing speeds and signal analysis techniques, we suggest that emerging ideas (e.g., MNS in the context of BC!) related to clinical neuro-rehabilitation of severely limited patients will generate viable clinical applications in the near future.

Connexin-mediated communication controls cell proliferation and is essential in retinal histogenesis

Connexin (Cx) channels and hemichannels are involved in essential processes during nervous system development such as apoptosis, propagation of spontaneous activity and interkinetic nuclear movement. In the first part of this study, we extensively characterized Cx gene and protein expression during retinal histogenesis. We observed distinct spatio-temporal patterns among Studied Cx and an overriding, ubiquitous presence of Cx45 in progenitor cells. The role of Cx-mediated communication was assessed by using broad-spectrum (carbenoxotone, CBX) and Cx36/Cx50 channel-specific (quinine) blockers. In vivo application of CBX, but not quinine, caused remarkable reduction in retinal thickness, suggesting changes in cell proliferation/apoptosis ratio. Indeed, we observed a decreased number of mitotic cells in CBX-injected retinas, with no significant changes in the expression of PCNA, a marker for cells in proliferative state. Taken together, Our results pointed a pivotal role of Cx45 in the developing retina. Moreover, this study revealed that Cx-mediated Communication is essential in retinal histogenesis, particularly in the control of cell proliferation. (C) 2009 ISDN. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

Visual analysis of image collections

Multidimensional Visualization techniques are invaluable tools for analysis of structured and unstructured data with variable dimensionality. This paper introduces PEx-Image-Projection Explorer for Images-a tool aimed at supporting analysis of image collections. The tool supports a methodology that employs interactive visualizations to aid user-driven feature detection and classification tasks, thus offering improved analysis and exploration capabilities. The visual mappings employ similarity-based multidimensional projections and point placement to layout the data on a plane for visual exploration. In addition to its application to image databases, we also illustrate how the proposed approach can be successfully employed in simultaneous analysis of different data types, such as text and images, offering a common visual representation for data expressed in different modalities.

Upgrading a TCABR data analysis and acquisition system for remote participation using Java, XML, RCP and modern client/server communication/authentication

The TCABR data analysis and acquisition system has been upgraded to support a joint research programme using remote participation technologies. The architecture of the new system uses Java language as programming environment. Since application parameters and hardware in a joint experiment are complex with a large variability of components, requirements and specification solutions need to be flexible and modular, independent from operating system and computer architecture. To describe and organize the information on all the components and the connections among them, systems are developed using the extensible Markup Language (XML) technology. The communication between clients and servers uses remote procedure call (RPC) based on the XML (RPC-XML technology). The integration among Java language, XML and RPC-XML technologies allows to develop easily a standard data and communication access layer between users and laboratories using common software libraries and Web application. The libraries allow data retrieval using the same methods for all user laboratories in the joint collaboration, and the Web application allows a simple graphical user interface (GUI) access. The TCABR tokamak team in collaboration with the IPFN (Instituto de Plasmas e Fusao Nuclear, Instituto Superior Tecnico, Universidade Tecnica de Lisboa) is implementing this remote participation technologies. The first version was tested at the Joint Experiment on TCABR (TCABRJE), a Host Laboratory Experiment, organized in cooperation with the IAEA (International Atomic Energy Agency) in the framework of the IAEA Coordinated Research Project (CRP) on ""Joint Research Using Small Tokamaks"". (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Vision in click beetles (Coleoptera: Elateridae): pigments and spectral correspondence between visual sensitivity and species bioluminescence emission

Among lampyrids, intraspecific sexual communication is facilitated by spectral correspondence between visual sensitivity and bioluminescence emission from the single lantern in the tail. Could a similar strategy be utilized by the elaterids (click beetles), which have one ventral abdominal and two dorsal prothoracic lanterns? Spectral sensitivity [S(lambda)] and bioluminescence were investigated in four Brazilian click beetle species Fulgeochlizus bruchii, Pyrearinus termitilluminans, Pyrophorus punctatissimus and P. divergens, representing three genera. In addition, in situ microspectrophotometric absorption spectra were obtained for visual and screening pigments in P. punctatissimus and P. divergens species. In all species, the electroretinographic S(lambda) functions showed broad peaks in the green with a shoulder in the near-ultraviolet, suggesting the presence of short- and long-wavelength receptors in the compound eyes. The long-wavelength receptor in Pyrophorus species is mediated by a P540 rhodopsin in conjunction with a species-specific screening pigment. A correspondence was found between green to yellow bioluminescence emissions and its broad S(lambda) maximum in each of the four species. It is hypothesized that in elaterids, bioluminescence of the abdominal lantern is an optical signal for intraspecifc sexual communication, while the signals from the prothoracic lanterns serve to warn predators and may also provide illumination in flight.

Síndrome do X Frágil com variante de Dandy-Walker: estudo clínico das manifestações comunicativas orais e escritas

A síndrome do X Frágil é a causa mais frequente de deficiência intelectual hereditária. A variante de Dandy-Walker trata-se de uma constelação específica de achados neurorradiológicos. Este estudo relata achados da comunicação oral e escrita de um menino de 15 anos com diagnóstico clínico e molecular da síndrome do X-Frágil e achados de neuroimagem do encéfalo compatíveis com variante de Dandy-Walker. A avaliação fonoaudiológica foi realizada por meio da Observação do Comportamento Comunicativo, aplicação do ABFW - Teste de Linguagem Infantil - Fonologia, Perfil de Habilidades Fonológicas, Teste de Desempenho Escolar, Teste Illinois de Habilidades Psicolinguísticas, avaliação do sistema estomatognático e avaliação audiológica. Observou-se: alteração de linguagem oral quanto às habilidades fonológicas, semânticas, pragmáticas e morfossintáticas; déficits nas habilidades psicolinguísticas (recepção auditiva, expressão verbal, combinação de sons, memória sequencial auditiva e visual, closura auditiva, associação auditiva e visual); e alterações morfológicas e funcionais do sistema estomatognático. Na leitura verificou-se dificuldades na decodificação dos símbolos gráficos e na escrita havia omissões, aglutinações e representações múltiplas com o uso predominante de vogais e dificuldades na organização viso-espacial. Em matemática, apesar do reconhecimento numérico, não realizou operações aritméticas. Não foram observadas alterações na avaliação audiológica periférica. A constelação de sintomas comportamentais, cognitivos, linguísticos e perceptivos, previstos na síndrome do X-Frágil, somada às alterações estruturais do sistema nervoso central, pertencentes à variante de Dandy-Walker, trouxeram interferências marcantes no desenvolvimento das habilidades comunicativas, no aprendizado da leitura e escrita e na integração social do indivíduo.

Candida albicans in patients with oronasal communication and obturator prostheses

Patients using obturator prostheses often present denture-induced stomatitis. In order to detect the presence of oral Candida albicans in patients with oronasal communications and to evaluate the effectiveness of a topical antifungal treatment, cytological smears obtained from the buccal and palatal mucosa of 10 adult patients, and from the nasal acrylic surface of their obturator prostheses were examined. A therapeutic protocol comprising the use of oral nystatin (Mycostatin®) and prosthesis disinfection with sodium hypochlorite was prescribed for all patients. Seven patients were positive for C. albicans in the mucosa, with 1 negative result for the prosthetic surface in this group of patients. Post-treatment evaluation revealed the absence of C. albicans on prosthesis surface and on the oral mucosa of all patients. The severity of the candidal infection was significantly higher in the palatal mucosa than in the buccal mucosa, but similar in the palatal mucosa and prosthesis surface, indicating that the mucosa underlying the prosthesis is more susceptible to infection. The therapeutic protocol was effective in all cases, which emphasizes the need for denture disinfection in order to avoid reinfection of the mucosa.

Propriedades mecânicas de peças com dimensões estruturais de Pinus spp: correlação entre resistência à tração e classificação visual

A redução da disponibilidade de espécies de madeiras nativas e seus efeitos na economia, associada ao fortalecimento dos conceitos de preservação ambiental, criou a necessidade de desenvolvimento de alternativas viáveis para utilização racional de espécies de reflorestamento. E uma das opções é a realização de classificação visual das peças. Autores de trabalhos desenvolvidos nessa linha de pesquisa verificaram a adequação das regras de classificação visual do Southern Pine Inspection Bureau (SPIB) dos EUA à madeira de Pinus do Brasil e apresentaram proposta para normalizar o processo de classificação visual dessa madeira. Nessa classificação, os aspectos com maior influência são: presença de nós, desvio de grã em relação ao eixo da peça e densidade de anéis de crescimento. Assim, esta pesquisa apresenta um estudo experimental que consistiu na classificação visual e determinação da resistência à tração de 85 peças de Pinus spp e um estudo teórico, que propôs uma equação para determinar a resistência à tração média de peças estruturais em função da classificação visual. Com este trabalho, foi possível observar a influência dos nós e dos anéis de crescimento sobre a resistência à tração das peças analisadas.

Correlação entre as escalas visual analógica, de Melbourne e filamentos de Von Frey na avaliação da dor pós-operatória em cadelas submetidas à ovariossalpingohisterectomia

A avaliação da dor em animais necessita da utilização de escalas de avaliação, que dependem da interpretação realizada por observadores. O objetivo do presente estudo foi avaliar a correlação entre a escala visual analógica (EVA), escala de Melbourne e os filamentos de Von Frey, na avaliação da dor pós-operatória em 42 cadelas adultas e saudáveis, submetidas à ovariossalpingohisterectomia (OSH). A dor pós-operatória foi avaliada por dois observadores cegos aos tratamentos analgésicos, em intervalos de uma hora, utilizando a EVA, a escala de Melbourne e os filamentos de Von Frey, aplicados ao redor da incisão cirúrgica. Foram considerados como critérios para realização da analgesia resgate uma pontuação de 50mm na EVA ou de 13 pontos na escala de Melbourne. A EVA revelou-se a escala mais sensível, uma vez que 100% dos animais receberam resgate seguindo esse método. Os valores obtidos na EVA e na escala de Melbourne determinaram boa correlação, com r=0,74, o que não ocorreu com os filamentos de Von Frey (r=-0,18). Já a correlação entre a escala de Melbourne e os filamentos de Von Frey foi de -0.37. Apesar de a EVA e a escala de Melbourne apresentarem boa correlação, sugere-se que se considere uma pontuação menor na escala de Melbourne como critério para administração de analgesia resgate.

Exposições em museus de ciências: reflexões e critérios para análise

Hoje, no que diz respeito à sua interface direta com o público, os museus são considerados, em teoria, instituições com objetivos variados, como educação, lazer, informação e inclusão social. Neste contexto, as exposições aparecem como elemento fundamental da relação entre museus e sociedade, e a expografia torna-se, portanto, ferramenta de comunicação essencial para a efetividade do processo de divulgação. Mas, como se dá a comunicação nestes espaços? Trata-se o presente, de uma reflexão acerca das estratégias de comunicação nas exposições em museus de ciências e sua eficácia. Foram selecionadas três temáticas, a primeira delas é a dos tipos de exposição, e entre as numerosas possibilidades de categorização, optou-se por aquelas descritas por Dean (2003) e Davallon (1986 e 1989). Outra questão discutida é a do uso do objeto, tido, dentre as diferentes mídias a que se pode recorrer em uma exposição, como o diferencial do museu. Por fim, discute-se a questão da interatividade, por vezes reduzida à manipulação, a partir dos níveis propostos por Wagensberg (2000). Apontam-se exemplificações dessas temáticas na exposição de longa duração Pesquisa em Zoologia: a biodiversidade sob o olhar do zoólogo, inaugurada pelo Museu de Zoologia da Universidade de São Paulo em setembro de 2002.

Rat pinealectomy: a modified direct visual approach

PURPOSE: To report a new, direct visual approach for rat pinealectomy. METHODS: Eighty adult female rats (Rattus norvegicus albinus EPM-1 strain) were weighted and anesthetized intraperitoneally with 15 mg/kg xylazine and 30 mg/kg ketamine. The animal was fastened to a dissection table, an incision was made in the skin and the subcutaneous tissue, bringing the lambda into view. The skullcap was opened with a dental drill, bringing the cerebral hemispheres and the superior sagittal sinus into view. The pineal gland, located under the venous sinus, was removed in a single piece using tweezers. Next, the bone fragment was returned to its place and the surgical layers were sutured. RESULTS: This new technique is easy to be done, avoids bleedings and removes only the pineal gland without damage to the remaining encephalon. In addition it makes possible the achievement of a sham surgery, allowing the pineal gland to remain intact. CONCLUSION: The proposed technique intends to facilitate studies aiming to better understanding the complexity and importance of the pineal gland on reproductive and other body systems.

Influence of separate and mixed experimental designs on reaction times to two simple visual stimuli

Testing contexts have been shown to critically influence experimental results in psychophysical studies. One of these contexts that show important modulation of the behavioral effects of different stimulatory conditions is the separate (blocked) or mixed presentation of these stimulatory conditions. The study presents evidence that the apparent discriminabilities of two target stimuli can change according to which of these two testing contexts is used. A cross inside a ring and a vertical line inside a ring were presented as go stimuli in a go/no-go reaction time task. In one experiment, each of these stimuli was presented to a different group of volunteers and in another experiment they were presented to the same group of volunteers, randomly mixed in the blocks of trials. Similar reaction times were obtained for the two stimuli in the first experiment, and different reaction times (faster for the cross) in the second experiment. The latter result indicates that the two stimuli have different discriminabilities from the no-go stimulus; the cross having greater discriminability. This difference is however masked, presumably by the adoption of specific compensatory attentional sets, in a separate testing context.

Emprego de regras de associação para extração de padrões mercadológicos de touros Nelore com avaliação genética

Objetivou-se com este trabalho utilizar regras de associação para identificar forças de mercado que regem a comercialização de touros com avaliação genética pelo programa Nelore Brasil. Essas regras permitem evidenciar padrões implícitos nas transações de grandes bases de dados, indicando causas e efeitos determinantes da oferta e comercialização de touros. Na análise foram considerados 19.736 registros de touros comercializados, 17 fazendas e 15 atributos referentes às diferenças esperadas nas progênies dos reprodutores, local e época da venda. Utilizou-se um sistema com interface gráfica usuário-dirigido que permite geração e seleção interativa de regras de associação. Análise de Pareto foi aplicada para as três medidas objetivas (suporte, confiança e lift) que acompanham cada uma das regras de associação, para validação das mesmas. Foram geradas 2.667 regras de associação, 164 consideradas úteis pelo usuário e 107 válidas para lift ≥ 1,0505. As fazendas participantes do programa Nelore Brasil apresentam especializações na oferta de touros, segundo características para habilidade materna, ganho de peso, fertilidade, precocidade sexual, longevidade, rendimento e terminação de carcaça. Os perfis genéticos dos touros são diferentes para as variedades padrão e mocho. Algumas regiões brasileiras são nichos de mercado para touros sem registro genealógico. A análise de evolução de mercado sugere que o mérito genético total, índice oficial do programa Nelore Brasil, tornou-se um importante índice para comercialização dos touros. Com o uso das regras de associação, foi possível descobrir forças do mercado e identificar combinações de atributos genéticos, geográficos e temporais que determinam a comercialização de touros no programa Nelore Brasil.