Dynamics of Gray Matter Loss in Alzheimer's Disease

We detected and mapped a dynamically spreading wave of gray matter loss in the brains of patients with Alzheimer's disease (AD). The loss pattern was visualized in four dimensions as it spread over time from temporal and limbic cortices into frontal and occipital brain regions, sparing sensorimotor cortices. The shifting deficits were asymmetric (left hemisphere >right hemisphere) and correlated with progressively declining cognitive status ( p 15% loss). The maps distinguished different phases of AD and differentiated AD from normal aging. Local gray matter loss rates (5.3 +/- 2.3% per year in AD v 0.9 +/- 0.9% per year in controls) were faster in the left hemisphere ( p < 0.029) than the right. Transient barriers to disease progression appeared at limbic/frontal boundaries. This degenerative sequence, observed in vivo as it developed, provides the first quantitative, dynamic visualization of cortical atrophic rates in normal elderly populations and in those with dementia.

Aprendizagem por imitação através de mapeamento Visuomotor baseado em imagens omnidirecionais

Este trabalho propõe uma metodologia de aprendizagem que permite a um robô aprender uma tarefa adaptando-a e representando-a de acordo com a sua capacidade motora e sensorial. Primeiramente, um mapeamento sensoriomotor é criado e converte informação sensorial em informação motora. Depois, através de imitação, o robô aprende um conjunto de ações elementares formando um vocabulário motor. A imitação é baseada nas representações motoras obtidas com o mapeamento sensoriomotor. O vocabulário motor criado é então utilizado para aprender e realizar tarefas mais sofisticadas, compostas por seqüências ou combinações de ações elementares. Esta metodologia é ilustrada através de uma aplicação de mapeamento e navegação topológica com um robô móvel. O automovimento é utilizado como mapeamento visuomotor, convertendo o fluxo óptico em imagens omnidirecionais em informação motora (translação e rotação), a qual é usada para a criação de um vocabulário motor. A seguir, o vocabulário é utilizado para mapeamento e navegação topológica. Os resultados obtidos são interessantes e a abordagem proposta pode ser estendida a diferentes robôs e aplicações.

Effects of Age-Related Cognitive Deficits on EEG Phase Coherence

Body and brain undergo several changes with aging. One of these changes is the loss of neuroplasticity, which leads to the decrease of cognitive abilities. Hence the necessity of stopping or reversing these changes is of utmost importance to contemporary society. In the present work, electroencephalogram (EEG) markers of cognitive decline are sought whilst the subjects perform the Wisconsin Card Sorting Test (WCST). Considering the expected age-related cognitive deficits, WCST was applied to young and elder participants. The results suggest that coherence on theta and alpha EEG rhythms decrease with aging and increase with performance. Additionally, theta phase coherence seems more sensitive to performance, while alpha synchronization appears as a potential ageing marker.

Robust temporal alignment of multimodal cardiac sequences

Given the dynamic nature of cardiac function, correct temporal alignment of pre-operative models and intraoperative images is crucial for augmented reality in cardiac image-guided interventions. As such, the current study focuses on the development of an image-based strategy for temporal alignment of multimodal cardiac imaging sequences, such as cine Magnetic Resonance Imaging (MRI) or 3D Ultrasound (US). First, we derive a robust, modality-independent signal from the image sequences, estimated by computing the normalized crosscorrelation between each frame in the temporal sequence and the end-diastolic frame. This signal is a resembler for the left-ventricle (LV) volume curve over time, whose variation indicates di erent temporal landmarks of the cardiac cycle. We then perform the temporal alignment of these surrogate signals derived from MRI and US sequences of the same patient through Dynamic Time Warping (DTW), allowing to synchronize both sequences. The proposed framework was evaluated in 98 patients, which have undergone both 3D+t MRI and US scans. The end-systolic frame could be accurately estimated as the minimum of the image-derived surrogate signal, presenting a relative error of 1:6 1:9% and 4:0 4:2% for the MRI and US sequences, respectively, thus supporting its association with key temporal instants of the cardiac cycle. The use of DTW reduces the desynchronization of the cardiac events in MRI and US sequences, allowing to temporally align multimodal cardiac imaging sequences. Overall, a generic, fast and accurate method for temporal synchronization of MRI and US sequences of the same patient was introduced. This approach could be straightforwardly used for the correct temporal alignment of pre-operative MRI information and intra-operative US images.

Toplological Entropy in the Syncronization of Piecewise Linear and Monotone Maps. Coupled Duffing Oscillators

In this paper is presented a relationship between the synchronization and the topological entropy. We obtain the values for the coupling parameter, in terms of the topological entropy, to achieve synchronization of two unidirectional and bidirectional coupled piecewise linear maps. In addition, we prove a result that relates the synchronizability of two m-modal maps with the synchronizability of two conjugated piecewise linear maps. An application to the unidirectional and bidirectional coupled identical chaotic Duffing equations is given. We discuss the complete synchronization of two identical double-well Duffing oscillators, from the point of view of symbolic dynamics. Working with Poincare cross-sections and the return maps associated, the synchronization of the two oscillators, in terms of the coupling strength, is characterized.

Sinergia extensora do membro superior no movimento de alcance. Capacidade de placing do polegar

Objetivo: avaliar as modificações ocorridas no âmbito da sequência de ativação o da sinergia extensora do MS e na sua influência sobre a capacidade de placing do polegar face à aplicação de um programa de intervenção em fisioterapia. Pretendeu-se também verificar as repercussões ao nível da participação dos indivíduos nas AVD`s. Metodologia: esta série de estudos de casos foi constituída por dois indivíduos com modificações nas componentes neuromotoras de movimento após AVE predominantes no MS. A avaliação dois indivíduos foi realizada em dois momentos PRE e POST separados por um período de intervenção de cerca de quinze semanas. Em cada momento de avaliação foi aplicada a F-MAMR, foi recolhido sinal electromiográfico dos músculos GD, DP, TLONG, TLAT e ABDPOL durante o movimento de alcance e usaram-se seis itens da CIF selecionadas de acordo com as necessidades sentidas. No momento PRE aplicou-se a MMSE para detetar défices cognitivos que interferissem com o processo de avaliação e de intervenção. O programa de intervenção foi individualizado e devidamente ajustado aos indivíduos, procurando que estes mantivessem um papel ativo durante a reabilitação. Esta foi realizada com a frequência de três vezes por semana e cada sessão teve cerca de quarenta e cinco minutos de trabalho ativo. Resultados: encontraram-se modificações na sequência de ativação muscular nos dois indivíduos e entre os indivíduos nos dois momentos de avaliação, nomeadamente no tempo de ativação muscular. O ABDPOL modificou o tempo em que iniciou atividade muscular e passou a recrutar atividade quase simultaneamente ao início do movimento da mão, verificando-se uma influência positiva da sinergia extensora do MS na capacidade de placing do polegar. Verificaram-se resultados positivos no estado sensório-motor do MS e na capacidade do indivíduo em participar em diversas AVD`s selecionadas de acordo com as necessidades. Conclusão: este estudo parece apontar para uma influência positiva nas modificações do nível de atividade da sinergia extensora do MS e na influência desta sobre a capacidade de placing do polegar durante o movimento de alcance, face a um programa de intervenção. Este estudo parece apontar também para uma influência positiva sobre a capacidade do indivíduo em participar em AVD`s selecionadas para a avaliação de acordo com necessidades sentidas.

Sistema de neurónios espelho no síndrome de down: estudo das variações dos ritmos Mu No Eeg

A capacidade de compreensão das acções dos outros e de imitação tem sido descrita como fundamental para a cognição social do ser humano. Recentemente tem sido atribuída a responsabilidade desta capacidade a um sistema neuronal denominado de Sistema de Neurónios Espelho, que se tem demonstrado estar afectado em perturbações mentais que se caracterizam por alterações severas da teoria da mente e da empatia, como é o caso do autismo. No caso do Síndrome de Down, verifica-se a coexistência de boas competências sociais e de capacidades práxicas e de imitação intactas, com dificuldades de interpretação de situações sociais e de reconhecimento de emoções, que nos levam a questionar acerca da actividade do seu Sistema de Neurónios Espelho. As oscilações do ritmo de frequências um (8-13 Hz) no córtex sensório-motor perante a observação de acções são consideradas um reflexo da actividade dos neurónios espelho, estando estabelecido que em pessoas saudáveis ocorre uma supressão mu na realização de movimentos com o membro superior e na sua observação quando realizados por outras pessoas. Neste estudo registou-se electroencefalograficamente a supressão dos ritmos mu em 11 pessoas com SD e em 20 pessoas sem SD nas seguintes condições: observação de um vídeo com duas bolas em movimento, observação de um vídeo com um movimento repetido de uma mão e realização movimentos com a mão. A baseline foi registada através da observação de um ponto estático. Constatamos que existe supressão dos ritmos mu na observação das acções dos outros em pessoas com Síndrome Down da mesma forma que ocorre na realização do próprio movimento, sugerindo uma relativa preservação do funcionamento dos neurónios espelho e dos mecanismos básicos de cognição social. Estes resultados vão de encontro aos estudos que apontam para a integridade das capacidades de imitação no Síndrome Down. Verificamos também que não se encontram diferenças significativas na supressão dos ritmos mu entre os grupos de pessoas com Síndrome Down e de Controlo em relação às condições usadas na investigação.

Quantificação de fluxo do líquido cefalorraquidiano (LCR) por ressonância magnética

Mestrado em Radiações Aplicadas às Tecnologias da Saúde. Especialização: Ressonância Magnética.

Gestão e monitorização de uma rede departamental: um caso de estudo

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

TDBS: a time division beacon scheduling mechanism for ZigBee cluster-tree wireless sensor networks

Synchronization is a challenging and important issue for time-sensitive Wireless Sensor Networks (WSN) since it requires a mutual spatiotemporal coordination between the nodes. In that concern, the IEEE 802.15.4/ZigBee protocols embody promising technologies for WSNs, but are still ambiguous on how to efficiently build synchronized multiple-cluster networks, specifically for the case of cluster-tree topologies. In fact, the current IEEE 802.15.4/ZigBee specifications restrict the synchronization to beacon-enabled (by the generation of periodic beacon frames) star networks, while they support multi-hop networking in mesh topologies, but with no synchronization. Even though both specifications mention the possible use of cluster-tree topologies, which combine multi-hop and synchronization features, the description on how to effectively construct such a network topology is missing. This paper tackles this issue by unveiling the ambiguities regarding the use of the cluster-tree topology and proposing a synchronization mechanism based on Time Division Beacon Scheduling (TDBS) to build cluster-tree WSNs. In addition, we propose a methodology for efficiently managing duty-cycles in every cluster, ensuring the fairest use of bandwidth resources. The feasibility of the TDBS mechanism is clearly demonstrated through an experimental test-bed based on our open-source implementation of the IEEE 802.15.4/ZigBee protocols.

A time division beacon scheduling mechanism for IEEE 802.15.4/Zigbee cluster-tree wireless sensor networks

While the IEEE 802.15.4/Zigbee protocol stack is being considered as a promising technology for low-cost low-power Wireless Sensor Networks (WSNs), several issues in the standard specifications are still open. One of those ambiguous issues is how to build a synchronized multi-hop cluster-tree network, which is quite suitable for ensuring QoS support in WSNs. In fact, the current IEEE 802.15.4/Zigbee specifications restrict the synchronization in the beacon-enabled mode (by the generation of periodic beacon frames) to star-based networks, while it supports multi-hop networking using the peer-to-peer mesh topology, but with no synchronization. Even though both specifications mention the possible use of cluster-tree topologies, which combine multihop and synchronization features, the description on how to effectively construct such a network topology is missing. This paper tackles this problem, unveils the ambiguities regarding the use of the cluster-tree topology and proposes a synchronization mechanism based on Time Division Beacon Scheduling to construct cluster-tree WSNs. We also propose a methodology for an efficient duty cycle management in each router (cluster-head) of a cluster-tree WSN that ensures the fairest use of bandwidth resources. The feasibility of the proposal is clearly demonstrated through an experimental test bed based on our own implementation of the IEEE 802.15.4/Zigbee protocol.

Static-priority scheduling over wireless networks with multiple broadcast domains

We propose a wireless medium access control (MAC) protocol that provides static-priority scheduling of messages in a guaranteed collision-free manner. Our protocol supports multiple broadcast domains, resolves the wireless hidden terminal problem and allows for parallel transmissions across a mesh network. Arbitration of messages is achieved without the notion of a master coordinating node, global clock synchronization or out-of-band signaling. The protocol relies on bit-dominance similar to what is used in the CAN bus except that in order to operate on a wireless physical layer, nodes are not required to receive incoming bits while transmitting. The use of bit-dominance efficiently allows for a much larger number of priorities than would be possible using existing wireless solutions. A MAC protocol with these properties enables schedulability analysis of sporadic message streams in wireless multihop networks.

Collision-free beacon scheduling mechanisms for IEEE 802.15.4/Zigbee cluster-tree wireless sensor networks

The recently standardized IEEE 802.15.4/Zigbee protocol stack offers great potentials for ubiquitous and pervasive computing, namely for Wireless Sensor Networks (WSNs). However, there are still some open and ambiguous issues that turn its practical use a challenging task. One of those issues is how to build a synchronized multi-hop cluster-tree network, which is quite suitable for QoS support in WSNs. In fact, the current IEEE 802.15.4/Zigbee specifications restrict the synchronization in the beacon-enabled mode (by the generation of periodic beacon frames) to star-based networks, while it supports multi-hop networking using the peer-to-peer mesh topology, but with no synchronization. Even though both specifications mention the possible use of cluster-tree topologies, which combine multi-hop and synchronization features, the description on how to effectively construct such a network topology is missing. This paper tackles this problem, unveils the ambiguities regarding the use of the cluster-tree topology and proposes two collision-free beacon frame scheduling schemes. We strongly believe that the results provided in this paper trigger a significant step towards the practical and efficient use of IEEE 802.15.4/Zigbee cluster-tree networks.

Efficient middleware for database replication

Dissertação de Mestrado em Engenharia Informática

Beacon scheduling in cluster-tree IEEE 802.15.4/ZigBee wireless sensor networks

The recently standardized IEEE 802.15.4/Zigbee protocol stack offers great potentials for ubiquitous and pervasive computing, namely for Wireless Sensor Networks (WSNs). However, there are still some open and ambiguous issues that turn its practical use a challenging task. One of those issues is how to build a synchronized multi-hop cluster-tree network, which is quite suitable for QoS support in WSNs. In fact, the current IEEE 802.15.4/Zigbee specifications restrict the synchronization in the beacon-enabled mode (by the generation of periodic beacon frames) to star-based networks, while it supports multi-hop networking using the peer-to-peer mesh topology, but with no synchronization. Even though both specifications mention the possible use of cluster-tree topologies, which combine multi-hop and synchronization features, the description on how to effectively construct such a network topology is missing. This report tackles this problem, unveils the ambiguities regarding the use of the cluster-tree topology and proposes two collisionfree beacon frame scheduling schemes.