A novel nonneuronal catecholaminergic system: exocrine pancreas synthesizes and releases dopamine.

Cells of the exocrine pancreas produce digestive enzymes potentially harmful to the intestinal mucosa. Dopamine has been reported to protect against mucosal injury. In looking for the source of dopamine in the small intestine, we found that the duodenal juice contains high levels of dopamine and that the pancreas itself has a high dopamine [and dihydroxyphenylalanine (dopa)] content that does not change significantly after chemical sympathectomy. Furthermore, we were able to demonstrate tyrosine hydroxylase (TH) activity in control pancreas as well as in pancreas from rats after chemical sympathectomy. Immunostaining and in situ hybridization histochemistry confirmed both the presence of TH, dopamine, and the dopamine transporter, and the mRNAs encoding TH and dopamine transporter, and the presence of both types of vesicular monoamine transporters in the exocrine cells of the pancreas. Since there are no catecholaminergic enteric ganglia in the pancreas, the above results indicate that pancreatic cells have all the characteristics of dopamine-producing cells. We suggest that the pancreas is an important source of nonneuronal dopamine in the body, and that this dopamine has a role in protecting the intestinal mucosa and suggests that dopamine D1b receptor agonists might be used to help mucosal healing in the gastrointestinal tract.

GABAergic feedforward projections from the inferior colliculus to the medial geniculate body.

A novel and robust projection from gamma-aminobutyric acid-containing (GABAergic) inferior colliculus neurons to the media] geniculate body (MGB) was discovered in the cat using axoplasmic transport methods combined with immunocytochemistry. This input travels with the classical inferior colliculus projection to the MGB, and it is a direct ascending GABAergic pathway to the sensory thalamus that may be inhibitory. This bilateral projection constitutes 10-30% of the neurons in the auditory tectothalamic system. Studies by others have shown that comparable input to the corresponding thalamic visual or somesthetic nuclei is absent. This suggests that monosynaptic inhibition or disinhibition is a prominent feature in the MGB and that differences in neural circuitry distinguish it from its thalamic visual and somesthetic counterparts.

Evolution of GABAergic circuitry in the mammalian medial geniculate body.

Many features in the mammalian sensory thalamus, such as the types of neurons, their connections, or their neurotransmitters, are conserved in evolution. We found a wide range in the proportion of gamma-aminobutyric acidergic (GABAergic) neurons in the medial geniculate body, from <1% (bat and rat) to 25% or more (cat and monkey). In the bat, some medial geniculate body subdivisions have no GABAergic cells. Species-specific variation also occurs in the somesthetic ventrobasal complex. In contrast, the lateral geniculate body of the visual system has about the same proportion of GABAergic cells in many species. In the central auditory pathway, only the medial geniculate body shows this arrangement; the relative number of GABAergic cells in the inferior colliculus and auditory cortex is similar in each species. The range in the proportion of GABAergic neurons suggests that there are comparative differences in the neural circuitry for thalamic inhibition. We conclude that the number of GABAergic neurons in thalamic sensory nuclei may have evolved independently or divergently in phylogeny. Perhaps these adaptations reflect neurobehavioral requirements for more complex, less stereotyped processing, as in speech-like communication.

Neural correlates of mental transformations of the body-in-space.

Regional cerebral blood flow was measured with positron emission tomography in human subjects during the performance of a task requiring mental rotation of their hand and a perceptually equivalent control task that did not require such a process. Comparison of the distribution of cerebral activity between these conditions demonstrated significant blood flow increases in the superior parietal cortex, the intraparietal sulcus, and the adjacent rostralmost part of the inferior parietal lobule. These findings demonstrated that, in the human brain, there is a specific system of parietal areas that are involved in mental transformations of the body-in-space.

Whole-body protochordate regeneration from totipotent blood cells.

Cell differentiation, tissue formation, and organogenesis are fundamental patterns during the development of multicellular animals from the dividing cells of fertilized eggs. Hence, the complete morphogenesis of any developing organism of the animal kingdom is based on a complex series of interactions that is always associated with the development of a blastula, a one-layered hollow sphere. Here we document an alternative pathway of differentiation, organogenesis, and morphogenesis occurring in an adult protochordate colonial organism. In this system, any minute fragment of peripheral blood vessel containing a limited number of blood cells isolated from Botrylloides, a colonial sea squirt, has the potential to give rise to a fully functional organism possessing all three embryonic layers. Regeneration probably results from a small number of totipotent stem cells circulating in the blood system. The developmental process starts from disorganized, chaotic masses of blood cells. At first an opaque cell mass is formed. Through intensive cell divisions, a hollow, blastula-like structure results, which may produce a whole organism within a short period of a week. This regenerative power of the protochordates may be compared with some of the characteristics associated with the formation of mammalian embryonal carcinomous bodies. It may also serve as an in vivo model system for studying morphogenesis and differentiation by shedding more light on the controversy of the "stem cell" vs. the "dedifferentiation" theories of regeneration and pattern formation.

Bioenergetic scaling: metabolic design and body-size constraints in mammals.

The cytosolic phosphorylation ratio ([ATP]/[ADP][P(i)]) in the mammalian heart was found to be inversely related to body mass with an exponent of -0.30 (r = 0.999). This exponent is similar to -0.25 calculated for the mass-specific O2 consumption. The inverse of cytosolic free [ADP], the Gibbs energy of ATP hydrolysis (delta G'ATP), and the efficiency of ATP production (energy captured in forming 3 mol of ATP per cycle along the mitochondrial respiratory chain from NADH to 1/2 O2) were all found to scale with body mass with a negative exponent. On the basis of scaling of the phosphorylation ratio and free cytosolic [ADP], we propose that the myocardium and other tissues of small mammals represent a metabolic system with a higher driving potential (a higher delta G'ATP from the higher [ATP]/[ADP][P(i)]) and a higher kinetic gain [(delta V/Vmax)/delta [ADP]] where small changes in free [ADP] produce large changes in steady-state rates of O2 consumption. From the inverse relationship between mitochondrial efficiency and body size we calculate that tissues of small mammals are more efficient than those of large mammals in converting energy from the oxidation of foodstuffs to the bond energy of ATP. A higher efficiency also indicates that mitochondrial electron transport is not the major site for higher heat production in small mammals. We further propose that the lower limit of about 2 g for adult endotherm body size (bumblebee-bat, Estrucan shrew, and hummingbird) may be set by the thermodynamics of the electron transport chain. The upper limit for body size (100,000-kg adult blue whale) may relate to a minimum delta G'ATP of approximately 55 kJ/mol for a cytoplasmic phosphorylation ratio of 12,000 M-1.

Pleasant sweeping grooming touch in rhesus monkey: effects on autonomic nervous system and its codification in posterior insular and secondary somatosensory cortex

Il tatto assume un'importanza fondamentale nella vita quotidiana, in quanto ci permette di discriminare le caratteristiche fisiche di un oggetto specifico, di identificarlo e di eventualmente integrare le suddette informazioni tattili con informazioni provenienti da altri canali sensoriali. Questa è la componente sensoriale-discriminativa del tatto. Tuttavia quotidianamente il tatto assume un ruolo fondamentale durante le diverse interazioni sociali, positive, come quando abbracciamo o accarezziamo una persona con cui abbiamo un rapporto affettivo e negative, per esempio quando allontaniamo una persona estranea dal nostro spazio peri-personale. Questa componente è la cosiddetta dimensione affettiva-motivazionale, la quale determina la codifica della valenza emotiva che l'interazione assume. Questa componente ci permette di creare, mantenere o distruggere i legami sociali in relazione al significato che il tocco assume durante l'interazione. Se per esempio riceviamo una carezza da un familiare, questa verrà percepita come piacevole e assumerà un significato affiliativo. Questo tipo di tocco è comunente definito come Tocco Sociale (Social Touch). Gli aspetti discriminativi del tatto sono stati ben caratterizzati, in quanto storicamente, il ruolo del tatto è stato considerato quello di discriminare le caratteristiche di ciò che viene toccato, mentre gli aspetti affettivi sono stati solo recentemente indagati considerando la loro importanza nelle interazioni sociali. Il tocco statico responsabile dell'aspetto discriminante attiva a livello della pelle le grandi fibre mieliniche (Aβ), modulando a livello del sistema nervoso centrale le cortecce sensoriali, sia primarie che secondarie. Questo permette la codifica a livello del sistema nervoso centrale delle caratteristiche fisiche oggettive degli oggetti toccati. Studi riguardanti le caratteristiche del tocco affiliativo sociale hanno messo in evidenza che suddetta stimolazione tattile 1) è un particolare tocco dinamico che avviene sul lato peloso delle pelle con una velocità di 1-10 cm/sec; 2) attiva le fibre amieliniche (fibre CT o C-LTMRs); 3) induce positivi effetti autonomici, ad esempio la diminuzione della frequenza cardiaca e l'aumento della variabilità della frequenza cardiaca; e 4) determina la modulazione di regioni cerebrali coinvolte nella codifica del significato affiliativo dello stimolo sensoriale periferico, in particolare la corteccia insulare. Il senso del tatto, con le sue due dimensioni discriminativa e affiliativa, è quotidianamente usato non solo negli esseri umani, ma anche tra i primati non umani. Infatti, tutti i primati non umani utilizzano la componente discriminativa del tatto per identificare gli oggetti e il cibo e l'aspetto emotivo durante le interazioni sociali, sia negative come durante un combattimento, che positive, come durante i comportamenti affiliativi tra cui il grooming. I meccanismi di codifica della componente discriminativa dei primati non umani sono simili a quelli umani. Tuttavia, si conosce ben poco dei meccanismi alla base della codifica del tocco piacevole affiliativo. Pur essendo ben noto che i meccanorecettori amilienici C-LTMRs sono presenti anche sul lato peloso della pelle dei primati non umani, attualmente non ci sono studi riguardanti la correlazione tra il tocco piacevole e la loro modulazione, come invece è stato ampiamente dimostrato nell'uomo. Recentemente è stato ipotizzato (Dunbar, 2010) il ruolo delle fibre C-LTMRs durante il grooming, in particolare durante il cosiddetto swepping. Il grooming è costituito da due azioni motorie, lo sweeping e il picking che vengono eseguite in modo ritmico. Durante lo sweeping la scimmia agente muove il pelo della scimmia ricevente con un movimento a mano aperta, per poter vedere il preciso punto della pelle dove eseguire il picking, ovvero dove prendere la pelle a livello della radice del pelo con le unghie dell'indice e del pollice e tirare per rimuovere parassiti o uova di parassiti e ciò che è rimasto incastrato nel pelo. Oltre il noto ruolo igenico, il grooming sembra avere anche una importante funzione sociale affiliativa. Come la carezza nella società umana, cosi il grooming tra i primati non umani è considerato un comportamento. Secondo l'ipotesi di Dunbar l'attivazione delle C-LTMRs avverrebbe durante lo sweeping e questo porta a supporre che lo sweeping, come la carezza umana, costituisca una componente affiliativa del grooming, determinando quindi a contribuire alla sua codifica come comportamento sociale. Fino ad ora non vi è però alcuna prova diretta a sostegno di questa ipotesi. In particolare, 1) la velocità cui viene eseguito lo sweeping è compatibile con la velocità di attivazione delle fibre CT nell'uomo e quindi con la velocità tipica della carezza piacevole di carattere sociale affiliativo (1-10 cm/sec)?; 2) lo sweeping induce la stessa modulazione del sistema nervoso autonomo in direzione della modulazione del sistema vagale, come il tocco piacevole nell'uomo, attraverso l'attivazione delle fibre CT?; 3) lo sweeping modula la corteccia insulare, cosi come il tocco piacevole viene codificato come affiliativo nell'uomo mediante le proiezioni delle fibre CT a livello dell'insula posteriore? Lo scopo del presente lavoro è quella di testare l'ipotesi di Dunbar sopra citata, cercando quindi di rispondere alle suddette domande. Le risposte potrebbero consentire di ipotizzare la somiglianza tra lo sweeping, caratteristico del comportamento affiliativo di grooming tra i primati non umani e la carezza. In particolare, abbiamo eseguito 4 studi pilota. Nello Studio 1 abbiamo valutato la velocità con cui viene eseguito lo sweeping tra scimmie Rhesus, mediante una analisi cinematica di video registrati tra un gruppo di scimmie Rhesus. Negli Studi 2 e 3 abbiamo valutato gli effetti sul sistema nervoso autonomo dello sweeping eseguito dallo sperimentatore su una scimmia Rhesus di sesso maschile in una tipica situazione sperimentale. La stimolazione tattile è stata eseguita a diverse velocità, in accordo con i risultati dello Studio 1 e degli studi umani che hanno dimostrato la velocità ottimale e non ottimale per l'attivazione delle C-LTMRs. In particolare, nello Studio 2 abbiamo misurato la frequenza cardiaca e la variabilità di questa, come indice della modulatione vagale, mentre nello Studio 3 abbiamo valutato gli effetti dello sweeping sul sistema nervoso autonomo in termini di variazioni di temperatura del corpo, nello specifico a livello del muso della scimmia. Infine, nello Studio 4 abbiamo studiato il ruolo della corteccia somatosensoriale secondaria e insulare nella codifica dello sweeping. A questo scopo abbiamo eseguito registrazioni di singoli neuroni mentre la medesima scimmia soggetto sperimentale dello Studio 2 e 3, riceveva lo sweeping a due velocità, una ottimale per l'attivazione delle C-LTMRs secondo gli studi umani e i risultati dei tre studi sopra citati, ed una non ottimale. I dati preliminari ottenuti, dimostrano che 1) (Studio 1) lo sweeping tra scimmie Rhesus viene eseguito con una velocità media di 9.31 cm/sec, all'interno dell'intervallo di attivazione delle fibre CT nell'uomo; 2) (Studio 2) lo sweeping eseguito dallo sperimentatore sulla schiena di una scimmia Rhesus di sesso maschile in una situazione sperimentale determina una diminuzione della frequenza cardiaca e l'aumento della variabilità della frequenza cardiaca se eseguito alla velocità di 5 e 10 cm/sec. Al contrario, lo sweeping eseguito ad una velocità minore di 1 cm/sec o maggiore di 10 cm/sec, determina l'aumento della frequenza cardiaca e la diminuzione della variabilità di questa, quindi il decremento dell'attivazione del sistema nervoso parasimpatico; 3) (Studio 3) lo sweeping eseguito dallo sperimentatore sulla schiena di una scimmia Rhesus di sesso maschile in una situazione sperimentale determina l'aumento della temperatura corporea a livello del muso della scimmia se eseguito alla velocità di 5-10 cm/sec. Al contrario, lo sweeping eseguito ad una velocità minore di 5 cm/sec o maggiore di 10 cm/sec, determina la diminuzione della temperatura del muso; 4) (Studio 4) la corteccia somatosensoriale secondaria e la corteccia insulare posteriore presentano neuroni selettivamente modulati durante lo sweeping eseguito ad una velocità di 5-13 cm/sec ma non neuroni selettivi per la codifica della velocità dello sweeping minore di 5 cm/sec. Questi risultati supportano l'ipotesi di Dunbar relativa al coinvolgimento delle fibre CT durante lo sweeping. Infatti i dati mettono in luce che lo sweeping viene eseguito con una velocità (9.31 cm/sec), simile a quella di attivazione delle fibre CT nell'uomo (1-10 cm/sec), determina gli stessi effetti fisiologici positivi in termini di frequenza cardiaca (diminuzione) e variabilità della frequenza cardiaca (incremento) e la modulazione delle medesime aree a livello del sistema nervoso centrale (in particolare la corteccia insulare). Inoltre, abbiamo dimostrato per la prima volta che suddetta stimolazione tattile determina l'aumento della temperatura del muso della scimmia. Il presente studio rappresenta la prima prova indiretta dell'ipotesi relativa alla modulazione del sistema delle fibre C-LTMRs durante lo sweeping e quindi della codifica della stimolazione tattile piacevole affiliativa a livello del sistema nervoso centrale ed autonomo, nei primati non umani. I dati preliminari qui presentati evidenziano la somiglianza tra il sistema delle fibre CT dell'uomo e del sistema C-LTMRs nei primati non umano, riguardanti il Social Touch. Nonostante ciò abbiamo riscontrato alcune discrepanze tra i risultati da noi ottenuti e quelli invece ottenuti dagli studi umani. La velocità media dello sweeping è di 9.31 cm / sec, rasente il limite superiore dell’intervallo di velocità che attiva le fibre CT nell'uomo. Inoltre, gli effetti autonomici positivi, in termini di battito cardiaco, variabilità della frequenza cardiaca e temperatura a livello del muso, sono stati evidenziati durante lo sweeping eseguito con una velocità di 5 e 10 cm/sec, quindi al limite superiore dell’intervallo ottimale che attiva le fibre CT nell’uomo. Al contrario, lo sweeping eseguito con una velocità inferiore a 5 cm/sec e superiore a 10 cm/sec determina effetti fisiologici negativo. Infine, la corteccia insula sembra essere selettivamente modulata dallo stimolazione eseguita alla velocità di 5-13 cm/sec, ma non 1-5 cm/sec. Quindi, gli studi sul sistema delle fibre CT nell’uomo hanno dimostrato che la velocità ottimale è 1-10 cm/sec, mentre dai nostri risultati la velocità ottimale sembra essere 5-13 cm / sec. Quindi, nonostante l'omologia tra il sistema delle fibre CT nell'umano deputato alla codifica del tocco piacevole affiliativo ed il sistema delle fibre C-LTMRs nei primati non umani, ulteriori studi saranno necessari per definire con maggiore precisione la velocità ottimale di attivazione delle fibre C-LTMR e per dimostrare direttamente la loro attivazione durante lo sweeping, mediante la misurazione diretta della loro modulazione. Studi in questa direzione potranno confermare l'omologia tra lo sweeping in qualità di tocco affiliativo piacevole tra i primati non umani e la carezza tra gli uomini. Infine, il presente studio potrebbe essere un importante punto di partenza per esplorare il meccanismo evolutivo dietro la trasformazione dello sweeping tra primati non umani, azione utilitaria eseguita durante il grooming, a carezza, gesto puramente affiliativo tra gli uomini.

Portable 3D laser-camera calibration system with color fusion for SLAM

Nowadays, the use of RGB-D sensors have focused a lot of research in computer vision and robotics. These kinds of sensors, like Kinect, allow to obtain 3D data together with color information. However, their working range is limited to less than 10 meters, making them useless in some robotics applications, like outdoor mapping. In these environments, 3D lasers, working in ranges of 20-80 meters, are better. But 3D lasers do not usually provide color information. A simple 2D camera can be used to provide color information to the point cloud, but a calibration process between camera and laser must be done. In this paper we present a portable calibration system to calibrate any traditional camera with a 3D laser in order to assign color information to the 3D points obtained. Thus, we can use laser precision and simultaneously make use of color information. Unlike other techniques that make use of a three-dimensional body of known dimensions in the calibration process, this system is highly portable because it makes use of small catadioptrics that can be placed in a simple manner in the environment. We use our calibration system in a 3D mapping system, including Simultaneous Location and Mapping (SLAM), in order to get a 3D colored map which can be used in different tasks. We show that an additional problem arises: 2D cameras information is different when lighting conditions change. So when we merge 3D point clouds from two different views, several points in a given neighborhood could have different color information. A new method for color fusion is presented, obtaining correct colored maps. The system will be tested by applying it to 3D reconstruction.

Portable 3D laser-camera calibration system with color fusion for SLAM

Paper submitted to the 43rd International Symposium on Robotics (ISR2012), Taipei, Taiwan, Aug. 29-31, 2012.

A low cost system for the prediagnosis of the human tremor

Human tremor can be defined as a somewhat rhythmic and quick movement of one or more body parts. In some people, it is a symptom of a neurological disorder. From the mathematical point of view, human tremor can be defined as a weighted contribution of different sinusoidal signals which causes oscillations of some parts of the body. This sinusoidal is repeated over time, but its amplitude and frequency change slowly. This is why amplitude and frequency are considered important factors in the tremor characterization, and thus for its diagnosis. In this paper, a tool for the prediagnosis of the human tremor is presented. This tool uses a low cost device (<$40) and allows to compute the main factors of the human tremor accurately. Real cases have been tested using the algorithms developed in this investigation. The patients suffered from different tremor severities, and the components of amplitude and frequency were computed using a series of tests. These additional measures will help the experts to make better diagnoses allowing them to focus on specific stages of the test or get an overview of these tests. From the experimental, we stated that not all tests are valid for every patient to give a diagnosis. Guided by years of experience, the expert will decide which test or set of tests are the most appropriate for a patient.

Shell size, body mass and average pO2 in mantle cavity water of different marine mollusc species

Marine invertebrates with open circulatory system establish low and constant oxygen partial pressure (Po2) around their tissues. We hypothesized that as a first step towards maintenance of low haemolymph and tissue oxygenation, the Po2 in molluscan mantle cavity water should be lowered against normoxic (21 kPa) seawater Po2, but balanced high enough to meet the energetic requirements in a given species. We recorded Po2 in mantle cavity water of five molluscan species with different lifestyles, two pectinids (Aequipecten opercularis, Pecten maximus), two mud clams (Arctica islandica, Mya arenaria), and a limpet (Patella vulgata). All species maintain mantle cavity water oxygenation below normoxic Po2. Average mantle cavity water Po2 correlates positively with standard metabolic rate (SMR): highest in scallops and lowest in mud clams. Scallops show typical Po2 frequency distribution, with peaks between 3 and 10 kPa, whereas mud clams and limpets maintain mantle water Po2 mostly <5 kPa. Only A. islandica and P. vulgata display distinguishable temporal patterns in Po2 time series. Adjustment of mantle cavity Po2 to lower than ambient levels through controlled pumping prevents high oxygen gradients between bivalve tissues and surrounding fluid, limiting oxygen flux across the body surface. The patterns of Po2 in mantle cavity water correspond to molluscan ecotypes.

Stickleback F2 generation transgenerational plasticity experiment: egg and body size data

Nongenetic inheritance mechanisms such as transgenerational plasticity (TGP) can buffer populations against rapid environmental change such as ocean warming. Yet, little is known about how long these effects persist and whether they are cumulative over generations. Here, we tested for adaptive TGP in response to simulated ocean warming across parental and grandparental generations of marine sticklebacks. Grandparents were acclimated for two months during reproductive conditioning, whereas parents experienced developmental acclimation, allowing us to compare the fitness consequences of short-term vs. prolonged exposure to elevated temperature across multiple generations. We found that reproductive output of F1 adults was primarily determined by maternal developmental temperature, but carry-over effects from grandparental acclimation environments resulted in cumulative negative effects of elevated temperature on hatching success. In very early stages of growth, F2 offspring reached larger sizes in their respective paternal and grandparental environment down the paternal line, suggesting that other factors than just the paternal genome may be transferred between generations. In later growth stages, maternal and maternal granddam environments strongly influenced offspring body size, but in opposing directions, indicating that the mechanism(s) underlying the transfer of environmental information may have differed between acute and developmental acclimation experienced by the two generations. Taken together, our results suggest that the fitness consequences of parental and grandparental TGP are highly context dependent, but will play an important role in mediating some of the impacts of rapid climate change in this system.

The Extensive (but Fragile) Authority of the WTO Appellate Body

The authority of an international court (IC) is not necessarily evolutionary and its development unidirectional. This article addresses the authority of the Appellate Body (AB) of the World Trade Organization (WTO) and shows how it rapidly and almost immediately became extensive, but has since exhibited signs of becoming more fragile. The article applies a typology of IC authority developed by Alter, Helfer and Madsen (2014) and explains the transformation from narrow authority (a dispute resolution venue under the GATT based on political negotiations) to extensive authority (a judicialized WTO dispute settlement system with a sophisticated case law) and presents empirical indicators of the rise of the AB’s authority. Such rapid development of extensive authority is arguably a unique case in international politics at the multilateral level. That authority nonetheless remains fragile, and shows signs that it could decline significantly for reasons we explain.

Performance testing of an improved driver restraint system for subcompact cars. Volume II - final report.

National Highway Traffic Safety Administration, Washington, D.C.

Small car driver inflatable restraint system evaluation. Volume III: investigation of potential crash survivability of a current production subcompact vehicle equipped with an advanced driver restraint system. Final report.

National Highway Traffic Safety Administration, Washington, D.C.