Brain-Computer Interfaces: Desarrollo de un sistema de identificación de estados mentales alfa

En el mundo actual las aplicaciones basadas en sistemas biométricos, es decir, aquellas que miden las señales eléctricas de nuestro organismo, están creciendo a un gran ritmo. Todos estos sistemas incorporan sensores biomédicos, que ayudan a los usuarios a controlar mejor diferentes aspectos de la rutina diaria, como podría ser llevar un seguimiento detallado de una rutina deportiva, o de la calidad de los alimentos que ingerimos. Entre estos sistemas biométricos, los que se basan en la interpretación de las señales cerebrales, mediante ensayos de electroencefalografía o EEG están cogiendo cada vez más fuerza para el futuro, aunque están todavía en una situación bastante incipiente, debido a la elevada complejidad del cerebro humano, muy desconocido para los científicos hasta el siglo XXI. Por estas razones, los dispositivos que utilizan la interfaz cerebro-máquina, también conocida como BCI (Brain Computer Interface), están cogiendo cada vez más popularidad. El funcionamiento de un sistema BCI consiste en la captación de las ondas cerebrales de un sujeto para después procesarlas e intentar obtener una representación de una acción o de un pensamiento del individuo. Estos pensamientos, correctamente interpretados, son posteriormente usados para llevar a cabo una acción. Ejemplos de aplicación de sistemas BCI podrían ser mover el motor de una silla de ruedas eléctrica cuando el sujeto realice, por ejemplo, la acción de cerrar un puño, o abrir la cerradura de tu propia casa usando un patrón cerebral propio. Los sistemas de procesamiento de datos están evolucionando muy rápido con el paso del tiempo. Los principales motivos son la alta velocidad de procesamiento y el bajo consumo energético de las FPGAs (Field Programmable Gate Array). Además, las FPGAs cuentan con una arquitectura reconfigurable, lo que las hace más versátiles y potentes que otras unidades de procesamiento como las CPUs o las GPUs.En el CEI (Centro de Electrónica Industrial), donde se lleva a cabo este TFG, se dispone de experiencia en el diseño de sistemas reconfigurables en FPGAs. Este TFG es el segundo de una línea de proyectos en la cual se busca obtener un sistema capaz de procesar correctamente señales cerebrales, para llegar a un patrón común que nos permita actuar en consecuencia. Más concretamente, se busca detectar cuando una persona está quedándose dormida a través de la captación de unas ondas cerebrales, conocidas como ondas alfa, cuya frecuencia está acotada entre los 8 y los 13 Hz. Estas ondas, que aparecen cuando cerramos los ojos y dejamos la mente en blanco, representan un estado de relajación mental. Por tanto, este proyecto comienza como inicio de un sistema global de BCI, el cual servirá como primera toma de contacto con el procesamiento de las ondas cerebrales, para el posterior uso de hardware reconfigurable sobre el cual se implementarán los algoritmos evolutivos. Por ello se vuelve necesario desarrollar un sistema de procesamiento de datos en una FPGA. Estos datos se procesan siguiendo la metodología de procesamiento digital de señales, y en este caso se realiza un análisis de la frecuencia utilizando la transformada rápida de Fourier, o FFT. Una vez desarrollado el sistema de procesamiento de los datos, se integra con otro sistema que se encarga de captar los datos recogidos por un ADC (Analog to Digital Converter), conocido como ADS1299. Este ADC está especialmente diseñado para captar potenciales del cerebro humano. De esta forma, el sistema final capta los datos mediante el ADS1299, y los envía a la FPGA que se encarga de procesarlos. La interpretación es realizada por los usuarios que analizan posteriormente los datos procesados. Para el desarrollo del sistema de procesamiento de los datos, se dispone primariamente de dos plataformas de estudio, a partir de las cuales se captarán los datos para después realizar el procesamiento: 1. La primera consiste en una herramienta comercial desarrollada y distribuida por OpenBCI, proyecto que se dedica a la venta de hardware para la realización de EEG, así como otros ensayos. Esta herramienta está formada por un microprocesador, un módulo de memoria SD para el almacenamiento de datos, y un módulo de comunicación inalámbrica que transmite los datos por Bluetooth. Además cuenta con el mencionado ADC ADS1299. Esta plataforma ofrece una interfaz gráfica que sirve para realizar la investigación previa al diseño del sistema de procesamiento, al permitir tener una primera toma de contacto con el sistema. 2. La segunda plataforma consiste en un kit de evaluación para el ADS1299, desde la cual se pueden acceder a los diferentes puertos de control a través de los pines de comunicación del ADC. Esta plataforma se conectará con la FPGA en el sistema integrado. Para entender cómo funcionan las ondas más simples del cerebro, así como saber cuáles son los requisitos mínimos en el análisis de ondas EEG se realizaron diferentes consultas con el Dr Ceferino Maestu, neurofisiólogo del Centro de Tecnología Biomédica (CTB) de la UPM. Él se encargó de introducirnos en los distintos procedimientos en el análisis de ondas en electroencefalogramas, así como la forma en que se deben de colocar los electrodos en el cráneo. Para terminar con la investigación previa, se realiza en MATLAB un primer modelo de procesamiento de los datos. Una característica muy importante de las ondas cerebrales es la aleatoriedad de las mismas, de forma que el análisis en el dominio del tiempo se vuelve muy complejo. Por ello, el paso más importante en el procesamiento de los datos es el paso del dominio temporal al dominio de la frecuencia, mediante la aplicación de la transformada rápida de Fourier o FFT (Fast Fourier Transform), donde se pueden analizar con mayor precisión los datos recogidos. El modelo desarrollado en MATLAB se utiliza para obtener los primeros resultados del sistema de procesamiento, el cual sigue los siguientes pasos. 1. Se captan los datos desde los electrodos y se escriben en una tabla de datos. 2. Se leen los datos de la tabla. 3. Se elige el tamaño temporal de la muestra a procesar. 4. Se aplica una ventana para evitar las discontinuidades al principio y al final del bloque analizado. 5. Se completa la muestra a convertir con con zero-padding en el dominio del tiempo. 6. Se aplica la FFT al bloque analizado con ventana y zero-padding. 7. Los resultados se llevan a una gráfica para ser analizados. Llegados a este punto, se observa que la captación de ondas alfas resulta muy viable. Aunque es cierto que se presentan ciertos problemas a la hora de interpretar los datos debido a la baja resolución temporal de la plataforma de OpenBCI, este es un problema que se soluciona en el modelo desarrollado, al permitir el kit de evaluación (sistema de captación de datos) actuar sobre la velocidad de captación de los datos, es decir la frecuencia de muestreo, lo que afectará directamente a esta precisión. Una vez llevado a cabo el primer procesamiento y su posterior análisis de los resultados obtenidos, se procede a realizar un modelo en Hardware que siga los mismos pasos que el desarrollado en MATLAB, en la medida que esto sea útil y viable. Para ello se utiliza el programa XPS (Xilinx Platform Studio) contenido en la herramienta EDK (Embedded Development Kit), que nos permite diseñar un sistema embebido. Este sistema cuenta con: Un microprocesador de tipo soft-core llamado MicroBlaze, que se encarga de gestionar y controlar todo el sistema; Un bloque FFT que se encarga de realizar la transformada rápida Fourier; Cuatro bloques de memoria BRAM, donde se almacenan los datos de entrada y salida del bloque FFT y un multiplicador para aplicar la ventana a los datos de entrada al bloque FFT; Un bus PLB, que consiste en un bus de control que se encarga de comunicar el MicroBlaze con los diferentes elementos del sistema. Tras el diseño Hardware se procede al diseño Software utilizando la herramienta SDK(Software Development Kit).También en esta etapa se integra el sistema de captación de datos, el cual se controla mayoritariamente desde el MicroBlaze. Por tanto, desde este entorno se programa el MicroBlaze para gestionar el Hardware que se ha generado. A través del Software se gestiona la comunicación entre ambos sistemas, el de captación y el de procesamiento de los datos. También se realiza la carga de los datos de la ventana a aplicar en la memoria correspondiente. En las primeras etapas de desarrollo del sistema, se comienza con el testeo del bloque FFT, para poder comprobar el funcionamiento del mismo en Hardware. Para este primer ensayo, se carga en la BRAM los datos de entrada al bloque FFT y en otra BRAM los datos de la ventana aplicada. Los datos procesados saldrán a dos BRAM, una para almacenar los valores reales de la transformada y otra para los imaginarios. Tras comprobar el correcto funcionamiento del bloque FFT, se integra junto al sistema de adquisición de datos. Posteriormente se procede a realizar un ensayo de EEG real, para captar ondas alfa. Por otro lado, y para validar el uso de las FPGAs como unidades ideales de procesamiento, se realiza una medición del tiempo que tarda el bloque FFT en realizar la transformada. Este tiempo se compara con el tiempo que tarda MATLAB en realizar la misma transformada a los mismos datos. Esto significa que el sistema desarrollado en Hardware realiza la transformada rápida de Fourier 27 veces más rápido que lo que tarda MATLAB, por lo que se puede ver aquí la gran ventaja competitiva del Hardware en lo que a tiempos de ejecución se refiere. En lo que al aspecto didáctico se refiere, este TFG engloba diferentes campos. En el campo de la electrónica:  Se han mejorado los conocimientos en MATLAB, así como diferentes herramientas que ofrece como FDATool (Filter Design Analysis Tool).  Se han adquirido conocimientos de técnicas de procesado de señal, y en particular, de análisis espectral.  Se han mejorado los conocimientos en VHDL, así como su uso en el entorno ISE de Xilinx.  Se han reforzado los conocimientos en C mediante la programación del MicroBlaze para el control del sistema.  Se ha aprendido a crear sistemas embebidos usando el entorno de desarrollo de Xilinx usando la herramienta EDK (Embedded Development Kit). En el campo de la neurología, se ha aprendido a realizar ensayos EEG, así como a analizar e interpretar los resultados mostrados en el mismo. En cuanto al impacto social, los sistemas BCI afectan a muchos sectores, donde destaca el volumen de personas con discapacidades físicas, para los cuales, este sistema implica una oportunidad de aumentar su autonomía en el día a día. También otro sector importante es el sector de la investigación médica, donde los sistemas BCIs son aplicables en muchas aplicaciones como, por ejemplo, la detección y estudio de enfermedades cognitivas.

PGC-1 alfa como regulador inflamatório na esteato-hepatite não-alcoólica

A doença hepática gordurosa não-alcoólica (NAFLD, do inglês) é a manifestação clínica hepática da síndrome metabólica, cuja incidência aumenta consideravelmente em todo o mundo. A NAFLD pode progredir para um estado de esteatohepatite não-alcoólica (NASH, do inglês), caracterizado por inflamação hepatocelular, com ou sem fibrose. Dados na literatura mostram que o coativador-1 alfa do receptor ativado por proliferadores de peroxissoma gama (PGC-1alfa), além de estar envolvido em diversos processos metabólicos, representa uma estratégia terapêutica promissora na modulação da inflamação. Neste projeto investigamos as alterações inflamatórias no fígado induzida por dieta hiperlipídica e o papel do PGC-1alfa nesse processo. Camundongos C57black/6 receberam dieta hiperlipídica contendo 30% de gordura por 10 semanas. O peso dos animais foi avaliado semanalmente. Após a eutanásia, o tecido adiposo intra-abdominal (retroperitoneal e periepididimal) foi coletado e pesado. Analisamos o perfil glicêmico e lipídico sérico e expressão de genes envolvidos no metabolismo glicêmico e lipídico. Avaliou-se também o aspecto histológico e a inflamação do tecido hepático por quantificação das citocinas IL-6, TNF-alfa e IL-1beta. A dieta rica em gordura conduziu a um aumento dos depósitos de gordura intra-abdominal, hiperglicemia e hiperlipidemia. Os animais também apresentavam esteatohepatite, com aumento de citocinas pró-inflamatórias e diminuição na expressão de PGC-1alfa no tecido hepático. O envolvimento do PGC-1alfa na produção de mediadores inflamatórios por hepatócitos foi avaliado em células HepG2 utilizando RNA de interferência (RNAi). O knockdown da expressão de PGC-1alfa causou aumento na expressão e liberação de IL-6 em hepatócitos via aumento na fosforilação de IkBalfa e consequente ativação do NFkB. Portanto, nossos dados mostram que o PGC-1alfa inibe a produção de mediadores inflamatórios (IL-6) em hepatócitos, e fornecem novas evidências das conexões existentes entre as vias metabólicas e imunes

Influencia del bloqueo del factor de necrosis tumoral-alfa sobre los niveles del factor reumatoide y anticuerpos anti-péptidos cíclicos citrulinados en pacientes con artritis reumatoide

La respuesta clínica a los anti-TNF-α en los pacientes con Artritis Reumatoide (AR) es muy variable, en muchos casos se logra la remisión de la enfermedad, sin embargo una cantidad sustancial de pacientes no responden y persisten con actividad de la enfermedad o presentan recaídas a pesar del tratamiento. Los marcadores clínicos, radiológicos, serológicos y genéticos disponibles para el diagnóstico y seguimiento de la enfermedad tienen un valor limitado a la hora de predecir de manera precisa la respuesta al tratamiento y las recaídas. El factor reumatoide (FR) y los anticuerpos anti-péptidos cíclicos citrulinados (anti-PCC) son los principales marcadores biológicos en la AR y forman parte de los criterios de clasificación de la enfermedad, sin embargo, la relación entre los cambios en la concentración de estos autoanticuerpos y la respuesta a los anti-TNF- es variable en los diferentes estudios y no se aceptan como factores de predicción y de seguimiento de la respuesta a estos fármacos. Las concentraciones séricas del fármaco y los anticuerpos anti-fármaco (ADAb anti-drug antibodies) han sido estudiados como marcadores séricos relacionados con la actividad del enfermedad. Diferentes investigadores han demostrado que la pérdida de eficacia a los anti-TNF-α está asociada con el desarrollo de ADAb, que a su vez se correlaciona con la ausencia de concentraciones séricas adecuadas del fármaco...

al-Risālah al-ūlá fī maḥw al-alfāẓ al-ʻāmmīyah (300 kalimah) [microform] /

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Hādhā Kitāb jāmiʻ al-mutūn fī ḥaqq anwāʻ al-ṣifāt al-ilāhīyah wa-al-ʻaqāʼid al-Māturīdīyah wa-alfāẓ al-kufr wa-taṣḥīḥ al-aʻmāl al-ʻajībīyah [microform] /

Microfilm.

The impact of peginterferon alfa-2a plus ribavirin combination therapy on health-related quality of life in chronic hepatitis C

Background/Aims: Peginterferon alfa-2a plus ribavirin improves sustained virological responses compared with interferon alfa-2b and ribavirin, or peginterferon alfa-2a alone in chronic hepatitis C. We examined the impact of these treatments on health related quality of life (HRQOL). Methods: Patients (n = 1121) were randomized to peginterferon alfa-2a weekly plus ribavirin or placebo, or interferon alfa-2b thrice weekly plus ribavirin. HRQOL was assessed with the SF-36 Health Survey and Fatigue Severity Scale (FSS). Results: Patients receiving peginterferon alfa-2a plus ribavirin reported better HRQOL than those receiving interferon alfa-2b plus ribavirin. These differences were statistically significant for three SF-36 domains and both FSS scores (p < = 0.05). Patients receiving peginterferon alfa-2a plus placebo had the least impairment; adding ribavirin significantly decreased five domains of the SF-36 and both FSS scores. Sustained virological response was associated with improvement at follow-up on all SF-36 and FSS scores. Conclusions: The effects of combination therapy on HRQOL and fatigue are less with peginterferon alfa-2a plus ribavirin than interferon alfa-2b plus ribavirin. Each medication in combination therapy with interferon and ribavirin, affects patients' quality of life differently. Understanding the relationship of specific therapeutic options to HRQOL may help physicians minimize the impact of therapy on HRQOL. (C) 2004 European Association for the Study of the Liver. Published by Elsevier B.V. All rights reserved.

Topical interferon alfa-2b for the treatment of recalcitrant ocular surface squamous neoplasia

center dot PURPOSE: To evaluate topical interferon alfa-2b (IFN-alpha 2b) for the treatment of recalcitrant ocular surface squamous neoplasia (OSSN). center dot DESIGN: Prospective, noncomparative, interventional consecutive case series. center dot METHODS: Ten patients with recalcitrant OSSN were treated with topical IFN-alpha 2b (1 million IU/ml) four times a day until clinical resolution of the lesion or until the lesion appeared nonresponsive-that is, treatment failure. Progress was assessed by clinical examination and photographic records, with a minimum follow,up of six months. center dot RESULTS: Eight of 10 patients achieved clinical resolution from topical IFN-alpha 2b treatment. One patient developed invasive squamous cell carcinoma and underwent exenteration. The other patient required further mitomycin C therapy to achieve clinical resolution. The mean duration to clinical resolution for the eight patients treated with IFN-alpha 2b was 21.9 weeks (range six to 59 weeks). There have been no recurrences for any of the nine patients during follow-up (mean 55.0 weeks; range 26 to 84 weeks). center dot CONCLUSIONS: Topical IFN-alpha 2b is an important treatment modality for recalcitrant OSSN; it avoids the risks of further limbal stem cell destruction from other agents and surgical excision. If invasive disease is diagnosed at any stage, topical therapy is contraindicated, necessitating surgical excision. (Am J Ophthalmol 2006; 142:568-571. (c) 2006 by Elsevier Inc. All rights reserved.)

Modelo animal da Doença de Parkinson baseado na expressão de alfa - sinucleína: caracterização comportamental, eletrofisiológica e avaliação dos efei tos da estimulação da medula espinhal

Parkinson disease (PD) is associated with motor symptoms and dopaminergic cell loss in the nigrostriatal pathway. Alpha-synuclein is the major component of the Lewy bodies, the biological hallmarks of disease, and has been associated with familial cases of PD. Recently, the spinal cord stimulation (SCS) showed to be effective to alleviate the Parkinson symptoms in animal models and human patients. In this project, we characterized the motor and electrophysiological effects of alpha-synuclein overexpression in the substantia nigra of rats. We further investigated the effects of spinal electrical stimulation, AMPT and L-dopa administration in this model. Method: Sprague-Dawley rats were injected with empty viral vector or the vector carrying the gene for alpha-synuclein in the substantia nigra, and were tested weekly for 10 weeks in the open field and cylinder tests. A separated group of animals implanted with bilateral electrode arrays in the motor cortex and the striatum were recorded in the open field, during the SCS sessions and the pharmacological experiments. Results: Alpha-synuclein expression resulted in motor asymmetry, observed as the reduction in use of contralateral forepaw in the cylinder test. Animals showed an increase of local field potential activity in beta band three and four weeks after the virus injection, that was not evident after the 5th week. AMPT resulted in a sever parkinsonian state, with reduction in the locomotor activity and significant peak of oscillatory activity in cortex and striatum. SCS was effective to alleviate the motor asymmetry at long term, but did not reduce the corticostriatal low frequency oscillations observed 24 hs after the AMPT administration. These oscillations were attenuated by L-dopa that, even as SCS, was not effective to restore the locomotor activity during the severe dopaminergic depletion period. Discussion: The alpha-synuclein model reproduces the motor impairment and the progressive neurodegenerative process of PD. We demonstrated, by the first time, that this model also presents the increase in low frequency oscillatory activity in the corticostriatal circuit, compatible with parkinsonian condition; and that SCS has a therapeutic effect on motor symptom of this model.

Avaliação da suplementação de vitamina E sobre a concentração de alfa-tocoferol no leite materno em mulheres com partos prematuros

The term vitamin E refers to a group of eight molecular compounds which differ in structure and bioavailability, and the RRR-alpha-tocopherol more biologically active form. The composition of vitamin E in breast milk undergoes variations during lactation, colostrum and milk richer in this micronutrient compared to transitional and mature milk. Newborns, especially premature infants are more susceptible to vitamin E deficiency and to prevent the damage caused by this deficiency has been proposed supplementation of neonates with this micronutrient, however, there is no consensus to carry out this intervention. Thus, maternal supplementation with RRRalpha-tocopherol in the postpartum period can be a good alternative to try to raise the alpha-tocopherol levels in breast milk and therefore provide the premature newborn adequate amounts of vitamin E. This study to evaluate the effect of supplementation with 400 UI acetate RRR-alpha-tocopherol in women with premature births, on the concentration of alpha-tocopherol in breast milk colostrum, transitional and mature. The study included 89 healthy adult women were enrolled in the control group (n = 51) and supplemented group (n = 38). Blood samples were collected and milk colostrum soon after birth (0h milk) twenty-four hours, new rate of colostrum milk was collected (24h milk). The transitional and mature milk were collected in seven days (7d milk) and thirty days (30d milk) after delivery, respectively. Supplementation in the supplemented group was held after the collection of blood and 0h milk. The alpha-tocopherol analyzes were performed by high-performance liquid chromatography. Serum levels of alpha-tocopherol less than 516 μg/dL were considered indicative of nutritional deficiency. The average concentration of alphatocopherol in the serum of the control group mothers was 1159.8 ± 292.4 μg/dL and the supplemented group was 1128.3 ± 407.2 μg/dL (p = 0.281). All women had nutritional status in vitamin E suitable. In both groups, it was observed that the concentration of vitamin E in colostrum milk was higher compared to transitional and mature milk. In the supplemented group, the concentration of alpha-tocopherol in the milk increased 60 % after supplementation, from 1339.3 ± 414.2 μg/dL (0h milk) to 2234.7 ± 997.3 μg/dL (24h milk). While the control group values in colostrum 0h and colostrum 24h were similar (p = 0.681). In the control group the follow-on milk alphatocopherol value was 875.3 ± 292.4 μg/dL and in the group supplemented 1352.8 ± 542.3 μg/dL, an increase of 35% in the supplemented group compared to control (p <0.001). In mature milk alpha-tocopherol concentrations between the control group (426.6 ± 187.5 μg/dL) and supplemented (416.4 ± 214.2 μg/dL) were similar (p = 0.853). Only 24h milk supplemented group answered the nutritional requirement of alpha-tocopherol (4 mg/day) of the newborn. These results show that the transport of this micronutrient for milk occurs in a controlled and limited way. Thus, the native vitamin E supplementation increases the concentration of alpha-tocopherol in colostrum and milk and transition does not influence the concentration in mature milk. Only the increase in colostrum milk was sufficient to meet the nutritional requirement of premature newborns.

Padrões de diversidade α (alfa) e β (beta) zooplanctônica em lagos tropicais: a importância da estrutura do habitat e da identidade das espécies

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Padrões de diversidade α (alfa) e β (beta) zooplanctônica em lagos tropicais: a importância da estrutura do habitat e da identidade das espécies

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Évaluation pharmacodynamique et sécurité d'emploi de l'Époétine alfa chez les patients aux soins intensifs

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.