Octopamine neurons mediate flight-induced modulation of visual processing in Drosophila melanogaster

Activity-dependent modulation of sensory systems has been documented in many organisms, and is likely to be essential for appropriate processing of information during different behavioral states. However, the mechanisms underlying these phenomena, and often their functional consequences, remain poorly characterized. I investigated the role of octopamine neurons in the flight-dependent modulation observed in visual interneurons in the fruit fly Drosophila melanogaster. The vertical system (VS) cells exhibit a boost in their response to visual motion during flight compared to quiescence. Pharmacological application of octopamine evokes responses in quiescent flies that mimic those observed during flight, and octopamine neurons that project to the optic lobes increase in activity during flight. Using genetic tools to manipulate the activity of octopamine neurons, I find that they are both necessary and sufficient for the flight-induced visual boost. This work provides the first evidence that endogenous release of octopamine is involved in state-dependent modulation of visual interneurons in flies. Further, I investigated the role of a single pair of octopamine neurons that project to the optic lobes, and found no evidence that chemical synaptic transmission via these neurons is necessary for the flight boost. However, I found some evidence that activation of these neurons may contribute to the flight boost. Wind stimuli alone are sufficient to generate transient increases in the VS cell response to motion vision, but result in no increase in baseline membrane potential. These results suggest that the flight boost originates not from a central command signal during flight, but from mechanosensory stimuli relayed via the octopamine system. Lastly, in an attempt to understand the functional consequences of the flight boost observed in visual interneurons, we measured the effect of inactivating octopamine neurons in freely flying flies. We found that flies whose octopamine neurons we silenced accelerate less than wild-type flies, consistent with the hypothesis that the flight boost we observe in VS cells is indicative of a gain control mechanism mediated by octopamine neurons. Together, this work serves as the basis for a mechanistic and functional understanding of octopaminergic modulation of vision in flying flies.

Social saliency : visual psychophysics and single-neuron recordings in humans

My thesis studies how people pay attention to other people and the environment. How does the brain figure out what is important and what are the neural mechanisms underlying attention? What is special about salient social cues compared to salient non-social cues? In Chapter I, I review social cues that attract attention, with an emphasis on the neurobiology of these social cues. I also review neurological and psychiatric links: the relationship between saliency, the amygdala and autism. The first empirical chapter then begins by noting that people constantly move in the environment. In Chapter II, I study the spatial cues that attract attention during locomotion using a cued speeded discrimination task. I found that when the motion was expansive, attention was attracted towards the singular point of the optic flow (the focus of expansion, FOE) in a sustained fashion. The more ecologically valid the motion features became (e.g., temporal expansion of each object, spatial depth structure implied by distribution of the size of the objects), the stronger the attentional effects. However, compared to inanimate objects and cues, people preferentially attend to animals and faces, a process in which the amygdala is thought to play an important role. To directly compare social cues and non-social cues in the same experiment and investigate the neural structures processing social cues, in Chapter III, I employ a change detection task and test four rare patients with bilateral amygdala lesions. All four amygdala patients showed a normal pattern of reliably faster and more accurate detection of animate stimuli, suggesting that advantageous processing of social cues can be preserved even without the amygdala, a key structure of the “social brain”. People not only attend to faces, but also pay attention to others’ facial emotions and analyze faces in great detail. Humans have a dedicated system for processing faces and the amygdala has long been associated with a key role in recognizing facial emotions. In Chapter IV, I study the neural mechanisms of emotion perception and find that single neurons in the human amygdala are selective for subjective judgment of others’ emotions. Lastly, people typically pay special attention to faces and people, but people with autism spectrum disorders (ASD) might not. To further study social attention and explore possible deficits of social attention in autism, in Chapter V, I employ a visual search task and show that people with ASD have reduced attention, especially social attention, to target-congruent objects in the search array. This deficit cannot be explained by low-level visual properties of the stimuli and is independent of the amygdala, but it is dependent on task demands. Overall, through visual psychophysics with concurrent eye-tracking, my thesis found and analyzed socially salient cues and compared social vs. non-social cues and healthy vs. clinical populations. Neural mechanisms underlying social saliency were elucidated through electrophysiology and lesion studies. I finally propose further research questions based on the findings in my thesis and introduce my follow-up studies and preliminary results beyond the scope of this thesis in the very last section, Future Directions.

Análise comparativa in vivo da detecção de lesões de cárie oclusal e proximal por meio de exame visual (ICDAS), exame radiográfico e transiluminação por fibra ótica (FOTI)

O objetivo do presente trabalho foi avaliar in vivo a detecção de cárie através do exame visual ICDAS, transiluminação por fibra ótica combinado ao ICDAS e exame radiográfico. Um total de 2.279 superfícies proximais e cicatrículas e fissuras em incisivos superiores, pré-molares e molares permanentes e 272 superfícies em molares decíduos em72 escolares (8 a 18 anos) foram avaliadas por um examinador treinado. Os sete escores para detecção de cárie primária do sistema visual ICDAS foram aplicados. Dois equipamentos de transiluminação por fibra ótica foram avaliados: FOTI Schott (SCH), com ponta de fibra ótica com 0,5mm de diâmetro, e FOTI Microlux (MIC), com diâmetro da ponta 3 mm. Durante o exame combinado FOTI/ICDAS, a fibra ótica era utilizada tanto para iluminar quanto para transiluminar a superfície sob avaliação. O exame radiográfico (RX) consistiu de radiografias interproximais posteriores e periapicais anteriores. Os exames foram realizados em consultório odontológico após escovação supervisionada. No primeiro dia de exame, o exame visual utilizando o ICDAS era realizado e em seguida, o exame combinado ao MIC ou SCH. Logo após era realizado o exame radiográfico. Após uma semana, novamente o ICDAS era realizado, e em seguida o exame combinado com o equipamento de FOTI não utilizado na semana anterior. Os exames foram repetidos em 10 pacientes após intervalo mínimo de uma semana para avaliação da reprodutibilidade intra-examinador, a qual apresentou valores de 0,95 (ICDAS), 0,94 (MIC), 0,95 (SCH) e 0,99 (RX) pelo kappa ponderado. Em cicatrículas e fissuras de permanentes, o RX julgou que um número maior de superfícies apresentava lesão em dentina (53) do que os outros métodos (34 a 36); porém não detectou nenhuma lesão em esmalte, as quais foram identificadas pelo ICDAS (94), SCH (107) e MIC (91). Em proximais permanentes, a transiluminação por fibra ótica identificou maior número de proximais como lesão em esmalte - 150 (SCH) e 139 (MIC) - do que o exame visual (106), enquanto o RX identificou somente 43. Em oclusais de decíduos, os quatro métodos julgaram um número aproximadamente similar de superfícies sem lesão (52 a 59) ou com lesão em dentina (21 a 26), assim como para lesões proximais em dentina (31 a 36). Entretanto um número reduzido de lesões proximais decíduas em esmalte foi julgado pelo exame radiográfico (3) em comparação com os outros métodos (15 a 16). Em decíduos, o ICDAS e o FOTI combinado ao exame visual julgaram maior número de lesões proximais em esmalte que o exame radiográfico, sendo que número similar de lesões em dentina foram classificadas pelos quatro métodos em oclusais e proximais de molares decíduos. Em cicatrículas e fissuras de permanentes, tanto o exame visual ICDAS quanto sua combinação aos dois equipamentos de transiluminação apresentaram maior similaridade de superfícies julgadas como lesão em esmalte ou como lesão em dentina, enquanto o exame radiográfico classificou mais superfícies como lesão em dentina e nenhuma como lesão em esmalte. A adição da transiluminação por fibra ótica ao exame visual aumentou em um terço a detecção das lesões cariosas proximais julgadas em dentina pelo ICDAS isoladamente e aproximadamente quadruplicou o número daquelas assim classificadas pela avaliação radiográfica em permanentes.

Visual pattern recognition network: Its training algorithm and its optoelectronic architecture

A visual pattern recognition network and its training algorithm are proposed. The network constructed of a one-layer morphology network and a two-layer modified Hamming net. This visual network can implement invariant pattern recognition with respect to image translation and size projection. After supervised learning takes place, the visual network extracts image features and classifies patterns much the same as living beings do. Moreover we set up its optoelectronic architecture for real-time pattern recognition. (C) 1996 Optical Society of America

O ser negro à vista: construção verbo-visual do negro na propaganda impressa

Esta tese destina-se a desenvolver estudo semiótico de propagandas impressas em que a pessoa negra é posta em presença. Investiga-se como a propaganda veiculada em revista, mediante seleção e combinação sígnicas, efetiva a construção da imagem verbo-visual do negro, tendo em vista o produto anunciado e os projetos comunicativos do enunciador e, assim, como finda por ratificar ou (re)elaborar significados sociais acerca desse sujeito. Pautando-se na Semiótica de Charles Sanders Peirce e tendo por suporte, fundamentalmente, a Teoria da Iconicidade Verbal de Simões (2009), a pesquisa aborda todos os signos verbais e não verbais em diálogo, como dotados de potencial icônico, não só revelador dos projetos de texto, como também ativador de interpretações/leituras e, ainda, delineador de sentidos, posteriormente cristalizados e convertidos em significados imanentes aos signos e aos objetos reportados. Por ter, como material constitutivo do corpus, textos elaborados em linguagem mista, a pesquisa propõe a aplicação da Teoria da Iconicidade Verbal ao universo dos signos lato sensu. O debate apresenta o texto de propaganda como excelente material, não só para implementar os estudos de História e Cultura Afro-brasileiras, como prevê a Lei 10.639/03, como também para subsidiar o ensino de língua portuguesa, com ênfase para os estudos sobre leitura e produção textual, para que se forme sujeito dotado de habilidades que lhe permitam reconhecer no verbal e no não verbal a revelação e a geração de sentidos sociais