Estudo do controlo motor via Sincronias entre sinais de EEG e de EMG / Motor control study through sincrony between EEG and EMG signals

Um dos maiores desafios da neurofisiologia é o de compreender a forma como a informação é transmitida através do sistema nervoso. O estudo do sistema nervoso tem várias aplicações, tanto na neurologia, permitindo avanços ao nível clínico, como noutras áreas, e.g., nos sistemas de processamento de informação baseados em redes neuronais. A transmissão de informação entre neurónios é feita por via de sinais elétricos. A compreensão deste fenómeno é ainda incompleta e há projectos a nível europeu e mundial com o objetivo de modular o sistema nervoso no seu todo de forma a melhor o compreender. Uma das teses que se desenvolve hoje em dia é a de que a transmissão de sinais elétricos no sistema nervoso é influenciada por fenómenos de sincronia. O objetivo desta dissertação é o de otimizar um protocolo de aquisição e análise de dados reais de eletroencefalograma e eletromiograma com o propósito de observar fenómenos de sincronia, baseando-se num algoritmo (análise por referência de fase, ou RPA, do inglês reference phase analysis) que deteta sincronias de fase entre os sinais de eletroencefalograma (EEG) e um sinal de referência, que é, no caso presente, o eletromiograma (EMG). A otimização deste protocolo e sua validação indicaram a existência de fenómenos significativos de sincronia no sinal elétrico, transmitido entre os músculos da mão e o córtex motor, no decorrer da ação motora.

Protocolo de fisioterapia, com auxílio de biofeedback electromiográfico, em utentes com disfunções do ombro: efeitos na dor, funcionalidade e estabilidade dinâmica

RESUMO: Introdução: A dor e disfunções do movimento no complexo articular do ombro (CAO) são comuns e debilitantes. O uso de exercícios segundo os pressupostos de estabilidade dinâmica (ED), com auxílio de Biofeedback electromiográfico (BEMG) tem vindo a ser referido, como uma forma de aumentar a efectividade da intervenção nas disfunções do complexo articular do ombro (DCAO)Objectivo Principal: Estudar os efeitos de um protocolo de intervenção, com BEMG, cujas finalidades foram abolir a dor, aumentar a funcionalidade e a ED da omoplata, em utentes com DCAO. Objectivos secundários: Comparar os subgrupos e quanto às características, resultados, tempos de intervenção total e até atingir critérios de alta; Comparar os resultados nos momentos inicial e final. Métodos: Foi realizado um coorte clínico, longitudinal, retrospectivo, observacional, analítico. A amostra foi constituída por 82 sujeitos, divididos em dois subgrupos (n=53 SCSA e n=29 IGU). Os instrumentos de medida utilizados foram a EVA, o DASH, o SPADI e o BEMG. Foi seguido o protocolo de ED proposto por Santos e Matias (2007), de acordo com as 3 fases de intervenção por eles descritas, realizando uma sessão semanal, monitorizando exercícios que seguem estes princípios, com BEMG. Foram avaliadas as variáveis dor, postura, padrão de recrutamento, controlo motor, posição inicial da omoplata (PIO), amplitudes articulares (AA’s), força muscular (FM) e postura. Para analisar os dados, recorreu-se a estatística descritiva e inferencial. Resultados: A intervenção foi efectiva na abolição da dor no momento (0,43 para 0,00/10EVA no subgrupo SCSA e 0,66 para 0,00/10EVA no subgrupo IGU) na pior dor (5,47/10EVA para 0,06/10EVA no subgrupo SCSA e 5,28/10 para 0,14/10 no subgrupo IGU), no aumento da função (28,57 para 0,66/100DASH e 39,00 para 0,63/100SAPDI no subgrupo SCSA e 25,80 para 0,38/100DASH e 28,19 para 0,39/100 no subgrupo IGU) e no aumento da ED da omoplata com normalização do padrão de recrutamento, controlo motor, PIO dentro do espectro de normalidade e boa capacidade de controlar a sua posição, ao longo do movimento do membro superior (MS). A intervenção proporcionou, ainda a normalização das AA’s, FM e autocorrecção postural. O tempo médio de intervenção foi de 6,45semanas no subgrupo SCSA e 5,83sem no subgrupo IGU. Estes resultados são semelhantes comparativamente a estudos que utilizaram uma intervenção baseada nos mesmos princípios (Matias e Cruz, 2004; Cunha e Matias, 2006; Santos e Matias, 2007; Rodrigues e Matias, 2009). Conclusão: O protocolo de intervenção aplicado, com uso de exercícios baseados nos princípios da ED e uso de BEMG, permitiu o alcance dos objectivos, junto de utentes com DCAO (SCSA e IGU). Verificou-se que, independentemente da condição, os resultados foram idênticos em ambos subgrupos, não apresentando diferenças significativas entre as variáveis de medida final, o tempo total de intervenção e os tempos até atingir os critérios de alta, expecto para a Dor, sendo este superior no subgrupo SCSA.---------------------------------------- ABSTRACT:Introduction: Movement disorders and pain in the shoulder joint complex (SJC) are common and debilitating. The use of exercises under the premises of dynamic stability (DS), with the aid of electromyographic biofeedback (EMGBF) has been mentioned as a way to increase the effectiveness of the intervention in disorders of the shoulder joint complex (DSJC) Main Objective: To evaluate the results of an intervention protocol, with EMGBF whose aims were to abolish the pain, increase functionality and DS of the scapula in patients with DSJC. Objectives: To compare the subgroups and the characteristics, outcomes, and total intervention times to reach discharge criteria; to compare the results at the beginning and at the end. Methods: We conducted a clinical cohort, longitudinal, retrospective, observational analysis. The sample consisted of 82 subjects, divided into two subgroups (n = 53 shoulder impingement syndrome SIS n = 29 shoulder joint instability SJI). The measurement instruments used were the VAS, DASH, SPADI, and EMGBF. It was followed the DS protocol proposed by Santos and Matias (2007), according to the three phases of intervention, described by performing a weekly session, monitoring exercises that follow these principles, with EMGBF. The variables were pain, posture, recruitment pattern, motor control, the initial position of the scapula (IPS), range of motion (ROM), muscular strength (MS) and posture. To analyze the data, we used the descriptive and inferential statistics. Results: The intervention was effective in abolishing the pain at the time (0.43 to 0.00/10 VAS in the SIS subgroup and 0.66 to 0.00/10 VAS in the SJI subgroup) in worst pain (5.47 to 0,06/10 VAS in the SIS subgroup and 5.28/ to 0.14/10 VAS in the SJI subgroup), increasing the function (28,57 to 0,66/100 DASH and 39,00 to 0,63/100 SAPDI in the SIS subgroup and 25,80 to 0,38/100 DASH and 28,19 to 0,39/100 SPADI in the SJI subgroup) and the increase in DS of the scapula with normalization of the pattern recruitment, motor control, IPS within the spectrum of normalcy and good ability to control its position along the movement of the upper limb (UL). The intervention provided, although the normalization of ROM, MS and self-correcting posture. The average length of intervention was 6.45 weeks in the SIS subgroup and 5.83 in the IS subgroup. These results are comparable with similar studies that used an intervention based on the same principles (Matias e Cruz, 2004; Cunha e Matias, 2006; Santos e Matias, 2007; Rodrigues e Matias, 2009). Conclusion: The intervention protocol implemented with the use of exercises based on the principles of DS and the use of EMGBF was effective, allowing the accomplishment of goals, in patients with DSJC (SIS and SJI). It was found that, regardless of condition, the results were identical in both groups, showing no significant differences between the variables of the final measure, the total time of intervention and the times to reach discharge criteria, except for pain, which was higher in the SIS subgroup.

New analytical methodologies for doping control – detection of anabolic androgenic steroids in human urine

Dissertation submitted to Faculdade de Ciências e Tecnologia - Universidade Nova de Lisboa in fulfilment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy (Biochemistry - Biotechnology)

Perfomance do transverso do abdómen : recurso à ecografia como informação de retorno extrínseca

RESUMO: Desenho do estudo: Estudo quantitativo, experimental prospectivo de factor único, desenho pré-teste, pós-teste. Objectivos: Determinar a efectividade da ecografia em tempo real, como Informação de Retorno Extrínseca Visual Ecográfica (IRE-VE) na performance do transverso do abdómen (TrA), em sujeitos saudáveis; analisar eventuais diferenças entre a IRE-VE e a Informação de Retorno Extrínseca Verbal Clínica (IRE-VC); medir a performance da musculatura abdominal, através das diferenças na espessura dos músculos TrA e oblíquo interno (OI) e deslizamento do TrA, em repouso e em contracção. Enquadramento: A maioria dos indivíduos não tem conhecimentos nem consciência do contributo de uma boa performance do TrA para a estabilidade da coluna lombar. Vários estudos recentes se têm dedicado a este assunto, tendo sido mostrado o importante contributo da ecografia como Informação de Retorno Extrínseca (IRE). Uma vez que o TrA e o OI contribuem para a estabilidade lombo pélvica, e que a aprendizagem do seu controlo motor é essencial para a recuperação da função, torna-se relevante clarificar o contributo da informação de retorno na primeira fase da aprendizagem da performance desses músculos, bem como encontrar as melhores estratégias para a sua realização. A ecografia foi o instrumento escolhido para servir esse objectivo. Métodos: Participaram no estudo 75 sujeitos, sem queixas lombares, com idades compreendidas entre os 18 e os 38 anos com um valor médio de 21,9 anos (±4,03), divididos aleatoriamente em três grupos com uma tarefa comum: a “Manobra do Transverso”, em que um grupo não recebeu IRE (GC), outro recebeu IRE verbal clínica e palpatória (GIRE-VC) e ooutro recebeu IRE visual ecográfica (GIRE-VE). Para efeitos de análise da contracção da musculatura abdominal, foram estudadas a espessura dos músculos TrA e OI e o deslizamento do TrA, visualizados em imagens ecográficas em tempo real, e congeladas para medição em diferido. Estes procedimentos foram apurados num estudo piloto de fidedignidade das medições em causa. Quanto à abordagem estatística das variáveis de performance muscular foi realizada uma análise da variância simples paramétrica para amostras independentes e um teste para a diferença de médias para amostras emparelhadas. Resultados: Observamos que no GC, a ausência de IRE cursou com uma performance idêntica nos dois momentos de avaliação e que nos dois grupos com IRE, das variáveis de performance, é significativamente diferente a contracção do TrA, para uma diferença de 1,95 mm no GIRE-VE (p=0,000) e de 0,84 mm no GIRE-VC (p=0,000). Ao comparar os grupos entre si houve diferenças no limiar da significância (p=0,056) para uma melhor contracção do TrA no GIRE-VE. As outras variáveis, contracção do OI e deslizamento do TrA, não revelaram efeito relacionado com a IRE em nenhum dos grupos. Conclusão: Dos resultados obtidos, podemos concluir que a IRE-VE, quando usada isoladamente, na Manobra do Transverso provoca um maior aumento na espessura do TrA, quando comparada com a IRE-VC . O uso da ecografia mostrou ser efectivo na facilitação da performance da Manobra do Transverso em sujeitos saudáveis.---------------------ABSTRACT: Study Design: Single Factor Experimental Design: Pre-Test Post-test Control Group Design. Objectives: To measure the contribution of different types of biofeedack on Transversus Abdominis (TrA) and Internal Oblique (IO) performance through changes in thickness and lateral slide of TrA anterior fascia during abdominal hollowing exercise (AHE). Background: Increasingly clinicians are using real-time ultrasound imaging as a form of supplementing feedback when teaching trunk stabilization exercises to patients; however, there has been no evidence of its effectiveness when used alone. Material and Methods: Seventy-five healthy subjects were divided randomly into 3 groups that received: group 1, no feedback; group 2, verbal and palpatory feedback, and group 3, realtime ultrasound feedback. The TrA and IO performance of each subject was twice assessed (before and after receiving feedback) when performing the AHE in a supine hook-lying position. Analysis of variance and T-test were used for the independent and paired samples, respectively, to determine significant changes in the performance of TrA and IO, based on intra and inter group analysis. Results: Group 1 had no differences between moments; group 2 had significant differences concerning TrA thickness (p=0,000) to a 0,84 mm thickness difference; group 3 had significant differences concerning TrA thickness (p=0,000) to a 1,94 mm difference; The ability to perform the AHE differed only among group 3 and group 1 (p=0.056), and only for changes in thickness of TrA muscle. No differences among groups were found neither for the lateral slide of TrA anterior fascia, nor for the internal oblique thickness. Conclusion: From the results of this study we conclude that real-time ultrasound feedback, when used alone during an AHE, can have a larger increase in TrA thickness when compared to verbal and palpatory feedback. The use of real time ultrasound showed to be effective as a feedback tool to facilitate the performance of the AHE in a supine hook-lying position in healthy subjects.

O biofeedback cinemático na realização de exercícios escápulo-torácicos

RESUMO: O Biofeedback cinemático na realização de exercícios escápulo-torácicos Patrícia Ribeiro; Ricardo Matias Desenho do estudo: Estudo quantitativo, experimental, prospetivo de fator único. Objetivos: Determinar a efetividade do biofeedback cinemático tridimensional (3D) em tempo real, como informação de retorno extrínseca, no reconhecimento da zona neutra da omoplata, em indivíduos saudáveis; medir o desempenho temporal, através do tempo que os sujeitos demoram a atingir a posição pretendida, e o desempenho no percurso, através da diferença entre o percurso efetuado e aquele que seria o percurso mais curto, sem Informação de Retorno Extrínseca (IRE), com Informação de Retorno Extrínseca clinica verbal e palpatória (IRE-VP) e com informação de retorno extrínseca visual cinemática (IRE-VC). Enquadramento: Reconhecer aquela que deve ser a posição adequada da omoplata e tomar consciência da importância dessa posição para a estabilidade e correto funcionamento da articulação gleno-umeral é uma tarefa difícil, pois a grande maioria do indivíduos não têm os conhecimentos necessários. É reconhecido o contributo que a IRE tem na reaprendizagem motora, em especial na primeira fase da aprendizagem motora – a consciencialização. Vários estudos se têm debruçado em avaliar a influencia da IRE na reabilitação de indivíduos com disfunção do ombro, tendo-se limitado ao formato electromiográfico. No sentido de encontrar novas estratégias para facilitar o processo de reaprendizagem motora nestes indivíduos, foi escolhido biofeedback cinemático tridimensional. Métodos: Participaram no estudo 60 sujeitos, sem queixas de dor no ombro, com idades compreendidas entre os 18 e os 54 anos, com um valor médio de 21,66 anos (±5.89), divididos aleatoriamente em três grupos com uma tarefa comum: o reconhecimento da zona neutra da omoplata. Um grupo não recebeu qualquer tipo de IRE - Grupo Controlo (GC), outro grupo recebeu IRE-VP e outro recebeu IRE-VC. Para efeitos de análise da performance foram consideradas duas variáveis: tempo e qualidade da execução. A abordagem estatística destas variáveis consistiu numa análise de variância simples e num teste de comparações múltiplas. Resultados: Observámos que o grupo controlo e o grupo IRE-VC efetuaram a tarefa pedida em menos tempo que o grupo IRE-VP (p<0.01) e que o grupo IRE-VC obteve melhores resultados no que respeita à qualidade da execução da tarefa do que o GC e o grupo IRE-VP (p<0.01). Conclusão: Pelos resultados obtidos, na tarefa de reconhecimento da zona neutra da omoplata, podemos concluir que o biofeedback cinemático é mais efetivo na facilitação da obtenção de melhor qualidade de execução da tarefa do que o feedback clinico ou a inexistência de feedback e igualmente efetivo à inexistência de IRE no que respeita ao tempo demorado a reconhecer essa posição. -------------- ABSTRACT:Study Design: Single factor experimental design. Objectives: To determine the effectiveness of real time cinematic biofeedback as extrinsic information in the recognition of the neutral zone of the scapula in healthy subjects; to measure the temporal performance and quality of the execution without extrinsic feedback, with clinical feedback and with cinematic feedback. Background: To recognize the proper scapula position and to be aware of the importance of this position to the stability and correct function of the gleno-umeral joint is a difficult task, because most people don’t have the necessary knowledge. It is known that extrinsic feedback is effective in motor learning, specially in the early stages. There are several studies that evaluated the influence of extrinsic feedback in rehabilitation of shoulder dysfunctions, but only in the electromyography format. Material and Methods: Sixty healthy subjects were randomly divided into 3 groups that received no feedback (group 1 – control group), verbal and palpatory feedback (group 2) and real time cinematic feedback (group 3). The performance variables considered – time and quality of execution - were statistically analyzed with ANOVA one-way and multiple comparisons test. Results: Control group and group 3 executed the task in less time that group 2 (p<0.01) and group 3 executed the task with better quality than control group and group 2 (p<0.01). Conclusions: From the results of this study we conclude that in the studied task, the cinematic feedback is more effective to facilitate a better quality of execution than no feedback or clinical feedback and, regarding to time taken to attain the requested position, equally effective to no feedback.

Dissecting gastrointestinal dysfunction and inflammation in a “pre-motor” rodent model of Parkinson’s disease

Research on Parkinson’s disease (PD) has mainly focused on the degeneration of the dopaminergic neurons of nigro-striatal (NS) pathway; also, post-mortem studies have demonstrated that the noradrenergic and the serotonergic transmitter systems are also affected (Jellinger, 1999). Degeneration of these neuronal cell bodies is generally thought to start prior to the loss of dopaminergic neurons in the NS pathway and precedes the appearance of the motor symptoms that are the “hallmark” of PD. Gastrointestinal (GI) motility is often disturbed in PD, manifesting chiefly as impaired gastric emptying and constipation. These GI dysfunction symptoms may be the result of a loss in noradrenergic and serotonergic innervation. GI deficits were evaluated using an organ bath technique. Groups treated with different combinations of neurotoxins (6-OHDA alone, 6-OHDA + pCA or 6-OHDA + DSP-4) presented significant differences in gut contractility compared to control groups. Since a substantial body of literature suggests the presence of an inflammatory process in parkinsonian state (Whitton, 2007), changes in pro-inflammatory cytokines in the gut were assessed using a cytokine microarray. It has been found in this work that groups with a combined dopaminergic and noradrenergic lesion have a significant increase in both expressions of IL-13 and VEGF. IL-6 also shows a decrease in treatment groups; however this decrease did not reach statistical significance. The therapeutic value of Exendin-4 (EX-4) was evaluated. It has been previously demonstrated that EX-4, a glucagon-like peptide-1 receptor (GLP-1R) agonist, is neuroprotective in rodent models of PD (Harkavyi et al., 2008). In this thesis it has been found that EX-4 was able to reverse a decrease in gut contractility obtained through intracerebral bilateral 6-OHDA injection. Although more studies are required, EX-4 could be used as a possible therapy for the GI symptoms prominent in the early stages of PD.

Evaluation of motor neuron excitability by CMAP scanning with modulated current

It is important to have better evaluation and understanding of the motor neuron physiology, with the goal to early and objectively diagnose and treat patients with neurodegenerative pathologies. The Compound Muscle Action Potential (CMAP) scan is a non-invasive diagnosis technique for neurodegenerative pathologies, such as ALS, and enables a quick analysis of the muscle action potentials in response to motor nerve stimulation. This work aims to study the influence of different pulse modulated waveforms in peripheral nerve excitability by CMAP scan technique on healthy subjects. A total of 13 healthy subjects were submitted to the same test. The stimuli were applied in the medium nerve on the right wrist and electromyography signal collected on the Abductor Pollicis Brevis (APB) muscle surface on the right thumb. Stimulation was performed with an increasing intensities range from 4 to 30 mA, with varying steps, 3 stimuli per step. The procedure was repeated 4 times per subject, each repetition using a different single pulse stimulation waveform: monophasic square, monophasic triangular, monophasic quadratic and biphasic square. Results were retrieved from the averaging of the stimuli on each current intensity step. The square pulse needs less current intensity to generate the same response amplitude regarding the other waves and presents a more steep curve slope and this effect is gradually decreasing for the triangular and quadratic pulse,respectively, being the difference even more evident regarding the biphasic pulse. The control of the waveform stimulation pulse allows varying the stimulusresponse curve slope.