Influence of dual-task on sit-to-stand-to-sit postural control in Parkinson's disease

Postural control deficits are the most disabling aspects of Parkinson's disease (PD), resulting in decreased mobility and functional independence. The aim of this study was to assess the postural control stability, revealed by variables based on the centre of pressure (CoP), in individuals with PD while performing a sit-to-stand-to-sit sequence under single- and dual-task conditions. An observational, analytical and cross-sectional study was performed. The sample consisted of 9 individuals with PD and 9 healthy controls. A force platform was used to measure the CoP displacement and velocity during the sit-to-stand-to-sit sequence. The results were statistically analysed. Individuals with PD required greater durations for the sit-to-stand-to-sit sequence than the controls (p < 0.05). The anteroposterior and mediolateral CoP displacement were higher in the individuals with PD (p < 0.05). However, only the anteroposterior CoP velocity in the stand-to-sit phase (p = 0.006) was lower in the same individuals. Comparing the single- and dual-task conditions in both groups, the duration, the anteroposterior CoP displacement and velocity were higher in the dual-task condition (p < 0.05). The individuals with PD presented reduced postural control stability during the sit-to-stand-to-sit sequence, especially when under the dual-task condition. These individuals have deficits not only in motor performance, but also in cognitive performance when performing the sit-to-stand-to-sit sequence in their daily life tasks. Moreover, both deficits tend to be intensified when two tasks are performed simultaneously.

Standing balance in individuals with Parkinson's disease during single and dual-task conditions

This study aimed to examine the differences in standing balance between individuals with Parkinson's disease (PD) and subjects without PD (control group), under single and dual-task conditions. A cross-sectional study was designed using a non-probabilistic sample of 110 individuals (50 participants with PD and 60 controls) aged 50 years old and over. The individuals with PD were in the early or middle stages of the disease (characterized by Hoehn and Yahr as stages 1-3). The standing balance was assessed by measuring the centre of pressure (CoP) displacement in single-task (eyes-open/eyes-closed) and dual-task (while performing two different verbal fluency tasks). No significant differences were found between the groups regarding sociodemographic variables. In general, the standing balance of the individuals with PD was worse than the controls, as the CoP displacement across tasks was significantly higher for the individuals with PD (p<0.01), both in anteroposterior and mediolateral directions. Moreover, there were significant differences in the CoP displacement based parameters between the conditions, mainly between the eyes-open condition and the remaining conditions. However, there was no significant interaction found between group and condition, which suggests that changes in the CoP displacement between tasks were not influenced by having PD. In conclusion, this study shows that, although individuals with PD had a worse overall standing balance than individuals without the disease, the impact of performing an additional task on the CoP displacement is similar for both groups.

Effects of dual-task training on balance and executive functions in Parkinson's disease: A pilot study

The aim of this study was to analyze the efficacy of cognitive-motor dual-task training compared with single-task training on balance and executive functions in individuals with Parkinson's disease. Fifteen subjects, aged between 39 and 75 years old, were randomly assigned to the dual-task training group (n = 8) and single-task training group (n = 7). The training was run twice a week for 6 weeks. The single-task group received balance training and the dual-task group performed cognitive tasks simultaneously with the balance training. There were no significant differences between the two groups at baseline. After the intervention, the results for mediolateral sway with eyes closed were significantly better for the dual-task group and anteroposterior sway with eyes closed was significantly better for the single-task group. The results suggest superior outcomes for the dual-task training compared to the single-task training for static postural control, except in anteroposterior sway with eyes closed.

Ajustes Posturais dos músculos da tibiotársica em indivíduos com Doença de Parkinson durante o sit-to-stand

Introdução: Os ajustes posturais antecipatórios (APAs) são essenciais para o movimento típico, estando alterados nas doenças neuro degenerativas como a doença de Parkinson (DP) Objectivo(s): Estudar os early postural adjustments e os APAs em indivíduos com DP durante o sentar para levantar (STS), com e sem dupla tarefa. Métodos: Foi recolhida a atividade eletromiográfica (EMG) dos músculos tibial anterior, solear e gastrocnémio medial, em indivíduos com e sem DP (9 em cada grupo), durante o STS. Este foi determinado pelo deslocamento antero posterior do centro de pressão através da plataforma de forças, sendo a tarefa cognitiva dada pelo stroop colour word interference test. Os ajustes posturais foram avaliados pelo tempo de ativação e pela atividade EMG relativa, bem como pela análise da co ativação agonista/antagonista. Resultados: Não foram encontradas diferenças estatisticamente significativas entre o grupo de controlo e o grupo com DP em nenhuma das variáveis analisadas Há uma tendência para o grupo com DP apresentar APAs mais cedo na tarefa simples, mantendo atividade muscular durante mais tempo e com maior atividade EMG relativa que o grupo controlo. Na dupla tarefa mantém-se essa tendência, exceto o tempo de ativação ser mais próximo do levante. Conclusão: Os défices posturais decorrentes da doença de Parkinson parecem não ser evidenciados na primeira fase do sit-to-stand.

Extending fixed task-priority schedulability by interference limitation

While the earliest deadline first algorithm is known to be optimal as a uniprocessor scheduling policy, the implementation comes at a cost in terms of complexity. Fixed taskpriority algorithms on the other hand have lower complexity but higher likelihood of task sets being declared unschedulable, when compared to earliest deadline first (EDF). Various attempts have been undertaken to increase the chances of proving a task set schedulable with similar low complexity. In some cases, this was achieved by modifying applications to limit preemptions, at the cost of flexibility. In this work, we explore several variants of a concept to limit interference by locking down the ready queue at certain instances. The aim is to increase the prospects of schedulability of a given task system, without compromising on complexity or flexibility, when compared to the regular fixed task-priority algorithm. As a final contribution, a new preemption threshold assignment algorithm is provided which is less complex and more straightforward than the previous method available in the literature.

Iniciação da marcha em indivíduos com AVE. Sequência de ativação muscular do tibial anterior e solear

Introdução: A iniciação da marcha, enquanto tarefa motora complexa que consiste na transição de uma postura mantida pelo apoio simultâneo dos dois membros inferiores para um equilíbrio dinâmico, permitindo a progressão anterior do corpo, constitui um exemplo que implica uma correta sequência de ativação muscular. Objetivos: Verificar a modificação da fase de iniciação da marcha face à aplicação de um programa de recuperação funcional, analisando a sequência de ativação dos músculos tibial anterior e solear. Registar as repercussões funcionais na participação nas diferentes atividades da vida diária, em contexto padronizado e social. Metodologia: Nos dois participantes em estudo foi realizada uma avaliação antes e após um programa de intervenção, segundo a abordagem do Conceito de Bobath, através da Classificação Internacional de Funcionalidade, Incapacidade e Saúde, da Fugl Meyer Assessment of Sensorymotor Recovery After Stroke, electromiografia e plataforma de forças. Resultados: Após a aplicação do programa de recuperação funcional, verificaram-se alterações na sequência de ativação do tibial anterior e solear. O músculo tibial anterior passou a ser o primeiro a ser recrutado nesta sequência. Conclusão: Foi possível verificar modificações durante a fase de iniciação da marcha, face a um programa de recuperação funcional, em que a sequência de ativação do tibial anterior e solear, tendencialmente, se assemelharam ao comportamento em indivíduos saudáveis, repercutindo-se numa melhoria funcional na participação nas atividades da vida diária.

Force and pressure analysis during occasional loaded gait

O documento em anexo encontra-se na versão pre-print (versão inicial enviada para o editor).

The influence of differente speeds on backpacker's gait kinectics

This study analyzed the influence of different speeds on ground reaction force’s (GRF), impulses and mean vertical force during gait of people submitted to occasional overload (backpack). A force plate was used to record the GRF data of 60 young adult subjects walking in two different cadences: 69 steps/min (slow gait) and 120 steps/min (fast gait). During the slow gait, the impact and propulsive impulses of vertical GRF, propulsive impulse of anterior-posterior GRF, impulse of medial-lateral GRF and duration of stance phase were larger than during the fast gait; the mean vertical force was the only variable that showed larger values during fast gait. Therefore, slow gait may present a larger possibility of blister development and gait unbalance, while the fast gait, even presenting a small impulse, seems to be more harmful to the musculoskeletal system.

Dual source/dual energy-renal applications

Development of Dual Source Computed Tomography (Definition, Siemens Medical Solutions, Erlanger, Germany) allowed advances in temporal resolution, with the addition of a second X-ray source and an array of detectors to the TCM 64 slices. The ability to run exams on Dual Energy, allows greater differentiation of tissues, showing differences between closer attenuation coefficients. In terms of renal applications, the distinction of kidney stones and masses become one of the main advantages of the use of dual-energy technology. This article pretends to demonstrate operating principles of this equipment, as its main renal applications.

Task-force para revitalização dos sistemas de informação

Este trabalho descreve as actividades desenvolvidas no âmbito de uma task-force para revitalizar a função Sistemas de Informação de uma grande empresa nacional. Apresenta, em particular, o sistema de indicadores de gestão definido nesse contexto

Robôs quadrúpedes: geração de trajectórias em tempo real usando sistemas dinâmicos não-lineares

A geração de trajectórias de robôs em tempo real é uma tarefa muito complexa, não existindo ainda um algoritmo que a permita resolver de forma eficaz. De facto, há controladores eficientes para trajectórias previamente definidas, todavia, a adaptação a variações imprevisíveis, como sendo terrenos irregulares ou obstáculos, constitui ainda um problema em aberto na geração de trajectórias em tempo real de robôs. Neste trabalho apresentam-se modelos de geradores centrais de padrões de locomoção (CPGs), inspirados na biologia, que geram os ritmos locomotores num robô quadrúpede. Os CPGs são modelados matematicamente por sistemas acoplados de células (ou neurónios), sendo a dinâmica de cada célula dada por um sistema de equações diferenciais ordinárias não lineares. Assume-se que as trajectórias dos robôs são constituídas por esta parte rítmica e por uma parte discreta. A parte discreta pode ser embebida na parte rítmica, (a.1) como um offset ou (a.2) adicionada às expressões rítmicas, ou (b) pode ser calculada independentemente e adicionada exactamente antes do envio dos sinais para as articulações do robô. A parte discreta permite inserir no passo locomotor uma perturbação, que poderá estar associada à locomoção em terrenos irregulares ou à existência de obstáculos na trajectória do robô. Para se proceder á análise do sistema com parte discreta, será variado o parâmetro g. O parâmetro g, presente nas equações da parte discreta, representa o offset do sinal após a inclusão da parte discreta. Revê-se a teoria de bifurcação e simetria que permite a classificação das soluções periódicas produzidas pelos modelos de CPGs com passos locomotores quadrúpedes. Nas simulações numéricas, usam-se as equações de Morris-Lecar e o oscilador de Hopf como modelos da dinâmica interna de cada célula para a parte rítmica. A parte discreta é modelada por um sistema inspirado no modelo VITE. Medem-se a amplitude e a frequência de dois passos locomotores para variação do parâmetro g, no intervalo [-5;5]. Consideram-se duas formas distintas de incluir a parte discreta na parte rítmica: (a) como um (a.1) offset ou (a.2) somada nas expressões que modelam a parte rítmica, e (b) somada ao sinal da parte rítmica antes de ser enviado às articulações do robô. No caso (a.1), considerando o oscilador de Hopf como dinâmica interna das células, verifica-se que a amplitude e frequência se mantêm constantes para -50.2. A extensão do movimento varia de forma directamente proporcional à amplitude. No caso das equações de Morris-Lecar, quando a componente discreta é embebida (a.2), a amplitude e a frequência aumentam e depois diminuem para - 0.170.5 Pode concluir-se que: (1) a melhor forma de inserção da parte discreta que menos perturbação insere no robô é a inserção como offset; (2) a inserção da parte discreta parece ser independente do sistema de equações diferenciais ordinárias que modelam a dinâmica interna de cada célula. Como trabalho futuro, é importante prosseguir o estudo das diferentes formas de inserção da parte discreta na parte rítmica do movimento, para que se possa gerar uma locomoção quadrúpede, robusta, flexível, com objectivos, em terrenos irregulares, modelada por correcções discretas aos padrões rítmicos.

Estudo comparativo entre criança com e sem joelhos valgos praticantes de hóquei em patins utilizando diferentes sistemas de análise

O presente estudo tem como objetivo comparar experimentalmente duas crianças praticantes de Hóquei em Patins, uma normal e uma com a patologia dos joelhos valgos, avaliando qualitativamente as diferenças posturais, estáticas e dinâmicas, decorrentes da utilização dos patins específicos desta modalidade, através do sistema de análise da Força de Reação do Solo (FRS), de Eletromiografia (EMG), de captura de movimento, e de modelação e simulação. Para atingir o objetivo definiu-se um protocolo de ensaios com as seguintes tarefas: repouso com e sem patins, marcha, corrida, deslizar com os dois pés apoiados e deslizar com o pé esquerdo levantado. No repouso avaliou-se a variação do ponto de aplicação da FRS da criança normal e patológica, com e sem patins. Ainda na tarefa de repouso avaliou-se também as componentes médio-lateral, antero-posterior individualmente e a componente vertical da FRS, juntamente com a atividade muscular dos músculos Gastrocnémio Medial (GM), Recto Femoral (RF), Vasto Medial (VM), Vasto Lateral (VL), Bicípete Femoral (BF), Semitendinoso (ST), Tensor da Fascia Lata (TFL), Gastrocnémio Lateral (GL), de forma a comparar os valores de intensidade de FRS e da atividade muscular dos diferentes instantes de tempo desta tarefa. Para as restantes tarefas apenas se avaliou individualmente as componentes médio-lateral e antero-posterior da FRS e a componente vertical da FRS juntamente com a atividade muscular dos referidos músculos, salientando as diferenças evidentes entre as curvas da criança normal e as curvas da criança patológica durante os diferentes instantes do movimento. Todas as tarefas referidas, exceto a tarefa de repouso com patins, foram ainda simuladas recorrendo a modelos músculo-esqueléticos. A partir destas simulações do movimento obtiveram-se os ângulos articulares e efetuou-se a respetiva análise. No final dos resultados obtidos apresentou-se uma tabela de resumo com o cálculo dos coeficientes de variação de cada grandeza, exceto nos gráficos da posição no espaço da FRS, onde se constatou que existe uma grande variabilidade inter-individuo em cada tarefa. A análise dos resultados de cada tarefa permite concluir que a utilização de patins pode trazer uma maior ativação muscular para a criança patológica, embora se verifique instabilidade articular. Apesar dessa instabilidade pode-se inferir que, uma maior ativação muscular decorrente da utilização de patins, tal como acontece na prática do hóquei em patins, pode trazer uma melhoria, a longo prazo, na estabilidade da articulação do joelho e na sustentação corporal, proporcionada pelo fortalecimento muscular.

Supporting intra-task parallelism in real-time multiprocessor systems

Os sistemas de tempo real modernos geram, cada vez mais, cargas computacionais pesadas e dinâmicas, começando-se a tornar pouco expectável que sejam implementados em sistemas uniprocessador. Na verdade, a mudança de sistemas com um único processador para sistemas multi- processador pode ser vista, tanto no domínio geral, como no de sistemas embebidos, como uma forma eficiente, em termos energéticos, de melhorar a performance das aplicações. Simultaneamente, a proliferação das plataformas multi-processador transformaram a programação paralela num tópico de elevado interesse, levando o paralelismo dinâmico a ganhar rapidamente popularidade como um modelo de programação. A ideia, por detrás deste modelo, é encorajar os programadores a exporem todas as oportunidades de paralelismo através da simples indicação de potenciais regiões paralelas dentro das aplicações. Todas estas anotações são encaradas pelo sistema unicamente como sugestões, podendo estas serem ignoradas e substituídas, por construtores sequenciais equivalentes, pela própria linguagem. Assim, o modo como a computação é na realidade subdividida, e mapeada nos vários processadores, é da responsabilidade do compilador e do sistema computacional subjacente. Ao retirar este fardo do programador, a complexidade da programação é consideravelmente reduzida, o que normalmente se traduz num aumento de produtividade. Todavia, se o mecanismo de escalonamento subjacente não for simples e rápido, de modo a manter o overhead geral em níveis reduzidos, os benefícios da geração de um paralelismo com uma granularidade tão fina serão meramente hipotéticos. Nesta perspetiva de escalonamento, os algoritmos que empregam uma política de workstealing são cada vez mais populares, com uma eficiência comprovada em termos de tempo, espaço e necessidades de comunicação. Contudo, estes algoritmos não contemplam restrições temporais, nem outra qualquer forma de atribuição de prioridades às tarefas, o que impossibilita que sejam diretamente aplicados a sistemas de tempo real. Além disso, são tradicionalmente implementados no runtime da linguagem, criando assim um sistema de escalonamento com dois níveis, onde a previsibilidade, essencial a um sistema de tempo real, não pode ser assegurada. Nesta tese, é descrita a forma como a abordagem de work-stealing pode ser resenhada para cumprir os requisitos de tempo real, mantendo, ao mesmo tempo, os seus princípios fundamentais que tão bons resultados têm demonstrado. Muito resumidamente, a única fila de gestão de processos convencional (deque) é substituída por uma fila de deques, ordenada de forma crescente por prioridade das tarefas. De seguida, aplicamos por cima o conhecido algoritmo de escalonamento dinâmico G-EDF, misturamos as regras de ambos, e assim nasce a nossa proposta: o algoritmo de escalonamento RTWS. Tirando partido da modularidade oferecida pelo escalonador do Linux, o RTWS é adicionado como uma nova classe de escalonamento, de forma a avaliar na prática se o algoritmo proposto é viável, ou seja, se garante a eficiência e escalonabilidade desejadas. Modificar o núcleo do Linux é uma tarefa complicada, devido à complexidade das suas funções internas e às fortes interdependências entre os vários subsistemas. Não obstante, um dos objetivos desta tese era ter a certeza que o RTWS é mais do que um conceito interessante. Assim, uma parte significativa deste documento é dedicada à discussão sobre a implementação do RTWS e à exposição de situações problemáticas, muitas delas não consideradas em teoria, como é o caso do desfasamento entre vários mecanismo de sincronização. Os resultados experimentais mostram que o RTWS, em comparação com outro trabalho prático de escalonamento dinâmico de tarefas com restrições temporais, reduz significativamente o overhead de escalonamento através de um controlo de migrações, e mudanças de contexto, eficiente e escalável (pelo menos até 8 CPUs), ao mesmo tempo que alcança um bom balanceamento dinâmico da carga do sistema, até mesmo de uma forma não custosa. Contudo, durante a avaliação realizada foi detetada uma falha na implementação do RTWS, pela forma como facilmente desiste de roubar trabalho, o que origina períodos de inatividade, no CPU em questão, quando a utilização geral do sistema é baixa. Embora o trabalho realizado se tenha focado em manter o custo de escalonamento baixo e em alcançar boa localidade dos dados, a escalonabilidade do sistema nunca foi negligenciada. Na verdade, o algoritmo de escalonamento proposto provou ser bastante robusto, não falhando qualquer meta temporal nas experiências realizadas. Portanto, podemos afirmar que alguma inversão de prioridades, causada pela sub-política de roubo BAS, não compromete os objetivos de escalonabilidade, e até ajuda a reduzir a contenção nas estruturas de dados. Mesmo assim, o RTWS também suporta uma sub-política de roubo determinística: PAS. A avaliação experimental, porém, não ajudou a ter uma noção clara do impacto de uma e de outra. No entanto, de uma maneira geral, podemos concluir que o RTWS é uma solução promissora para um escalonamento eficiente de tarefas paralelas com restrições temporais.

Dual augmentation for aerobic bioremediation of MTBE and TCE pollution in heavy metal-contaminated soil

In this work we isolated from soil and characterized several bacterial strains capable of either resisting high concentrations of heavy metals (Cd2+ or Hg2+ or Pb2+) or degrading the common soil and groundwater pollutants MTBE (methyl-tertbutyl ether) or TCE (trichloroethylene). We then used soil microcosms exposed to MTBE (50 mg/l) or TCE (50 mg/l) in the presence of one heavy metal (Cd 10 ppm or Hg 5 ppm or Pb 50 or 100 ppm) and two bacterial isolates at a time, a degrader plus a metalresistant strain. Some of these two-membered consortia showed degradation efficiencies well higher (49–182% higher) than those expected under the conditions employed, demonstrating the occurrence of a synergetic relationship between the strains used. Our results show the efficacy of the dual augmentation strategy for MTBE and TCE bioremediation in the presence of heavy metals.

Interlimb relation during the double support phase of gait: an electromyographic, mechanical and energy based analysis

The purpose of this study is to analyse the interlimb relation and the influence of mechanical energy on metabolic energy expenditure during gait. In total, 22 subjects were monitored as to electromyographic activity, ground reaction forces and VO2 consumption (metabolic power) during gait. The results demonstrate a moderate negative correlation between the activity of tibialis anterior, biceps femoris and vastus medialis of the trailing limb during the transition between midstance and double support and that of the leading limb during double support for the same muscles, and between these and gastrocnemius medialis and soleus of the trailing limb during double support. Trailing limb soleus during the transition between mid-stance and double support was positively correlated to leading limb tibialis anterior, vastus medialis and biceps femoris during double support. Also, the trailing limb centre of mass mechanical work was strongly influenced by the leading limbs, although only the mechanical power related to forward progression of both limbs was correlated to metabolic power. These findings demonstrate a consistent interlimb relation in terms of electromyographic activity and centre of mass mechanical work, being the relations occurred in the plane of forward progression the more important to gait energy expenditure.