First-principles based force-field for the interaction of proteins with Au(100)(5 x 1): an extension of GolP-CHARMM

Noncovalent recognition between peptides and inorganic materials is an established phenomenon. Key to exploiting these interactions in a wide range of materials self-assembly applications would be to harness the facet-selective control of peptide binding onto these materials. Fundamental understanding of what drives facet-selectivity in peptide binding is developing, but as yet is not sufficient to enable design of predictable facet-specific sequences. Computational simulation of the aqueous peptide-gold interface, commonly used to understand the mechanisms driving adsorption at an atomic level, has thus far neglected the role that surface reconstruction might play in facet specificity. Here the polarizable GolP-CHARMM suite of force fields is extended to include the reconstructed Au(100) surface. The force field, compatible with the bio-organic force field CHARMM, is parametrized using first-principles data. Our extended force field is tailored to reproduce the heterogeneity of weak chemisorbing N and S species to specific locations in the Au(100)(5 × 1) surface identified from the first-principles calculations. We apply our new model to predict and compare the three-dimensional structure of liquid water at Au(111), Au(100)(1 × 1), and Au(100)(5 × 1) interfaces. Using molecular dynamics simulations, we predict an increased likelihood for water-mediated peptide adsorption at the aqueous-Au(100)(1 × 1) interface compared with the Au(100)(5 × 1) interface. Therefore, our findings suggest that peptide binding can discriminate between the native and reconstructed Au(100) interfaces and that the role of reconstruction on binding at the Au(100) interface should not be neglected. © 2013 American Chemical Society.

Relationship between lower limb neuromuscular performanceand bone strength in postmenopausal women with mild knee osteoarthritis

Objectives: To investigate whether neuromuscular performance predicts lower limb bone strength in different lower limb sites in postmenopausal women with mild knee osteoarthritis (OA). Methods: Neuromuscular performance of 139 volunteer women aged 50-68 with mild knee OA was measured using maximal counter movement jump test, isometric knee flexion and extension force and figure-of-eight-running test. Femoral neck section modulus (Z, mm3) was determined by data obtained from dualenergy X-ray absorptiometry. Data obtained using peripheral quantitative computed tomography was used to asses distal tibia compressive (BSId, g2/cm4) and tibial mid-shaft bending (SSImaxmid, mm3) strength indices. Results: After adjustment for height, weight and age, counter movement jump peak power production was the strongest independent predictor for Z (β=0.44; p<0.001) and for BSId (β=0.32; p=0.003). This was also true in concentric net impulse for Z (β=0.37; p=0.001) and for BSId (β=0.40; p<0.001). Additionally, knee extension force (β=0.30; p<0.001) and figure-of-eight-running test (β= -0.32; p<0.001) were among strongest independent predictors for BSId after adjustments. For SSImaxmid, concentric net impulse (β=0.33; p=0.002) remained as the strongest independent predictor after adjustments. Conclusions: Neuromuscular performance in postmenopausal women with mild knee OA predicted lower limb bone strength in every measured skeletal site.

Kinesio Taping effects on knee extension force among soccer players

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Linking labour force participation, education, labour wages and household consumption in developing countries:push and pull effects in self-employment - evidence from Nigeria

The contribution of this thesis is in understanding the origins in developing countries of differences in labour wage and household consumption vis-à-vis educational abilities (and by extension employment statuses). This thesis adds to the labour market literature in developing countries by investigating the nature of employment and its consequences for labour wage and household consumption in a developing country. It utilizes multinomial probit, blinder-oaxaca, Heckman and quantile regressions to examine one human capital indicator: educational attainment; and two welfare proxies: labour wage and household consumption, in a developing country, Nigeria. It finds that, empirically, the self-employed are a heterogeneous group of individuals made up of a few highly educated individuals, and a significant majority of ‘not so educated’ individuals who mostly earn less than paid workers. It also finds that a significant number of employers enjoy labour wage premiums; and having a higher proportion of employers in the household has a positive relationship with household consumption. The thesis furthermore discovers an upper educational threshold for women employers not found for men. Interestingly, the thesis also finds that there is indeed an ordering of labour wages into low-income self-employment (which seems to be found mainly in “own account” self-employment), medium-income paid employment, and high-income self-employment (which seems to be found mainly among employers), and that this corresponds to a similar ordering of low human capital, medium human capital and high human capital among labour market participants, as expressed through educational attainments. These show that as a whole, employers can largely be classed as experiencing pulled self-employment, as they appear to be advantaged in all three criteria (educational attainments, labour wage and household consumption). A minority of self-employed “own account” workers (specifically those at the upper end of the income distribution who are well educated), can also be classed as experiencing pulled self-employment. The rest of the significant majority of self-employed “own account” workers in this study can be classed as experiencing pushed self-employment in terms of the indicators used.

Mécanismes psychophysiques et neuronaux de la compensation dynamique de multiples champs de force : facilitation et anticipation liée à des indices de couleur

Dans cette thèse, nous abordons le contrôle moteur du mouvement du coude à travers deux approches expérimentales : une première étude psychophysique a été effectuée chez les sujets humains, et une seconde implique des enregistrements neurophysiologiques chez le singe. Nous avons recensé plusieurs aspects non résolus jusqu’à présent dans l’apprentissage moteur, particulièrement concernant l’interférence survenant lors de l’adaptation à deux ou plusieurs champs de force anti-corrélés. Nous avons conçu un paradigme où des stimuli de couleur aident les sujets à prédire la nature du champ de force externe actuel avant qu’ils ne l’expérimentent physiquement durant des mouvements d’atteinte. Ces connaissances contextuelles faciliteraient l’adaptation à des champs de forces en diminuant l’interférence. Selon le modèle computationnel de l’apprentissage moteur MOSAIC (MOdular Selection And Identification model for Control), les stimuli de couleur aident les sujets à former « un modèle interne » de chaque champ de forces, à s’en rappeler et à faire la transition entre deux champs de force différents, sans interférence. Dans l’expérience psychophysique, quatre groupes de sujets humains ont exécuté des mouvements de flexion/extension du coude contre deux champs de forces. Chaque force visqueuse était associée à une couleur de l’écran de l’ordinateur et les deux forces étaient anti-corrélées : une force résistante (Vr) a été associée à la couleur rouge de l’écran et l’autre, assistante (Va), à la couleur verte de l’écran. Les deux premiers groupes de sujets étaient des groupes témoins : la couleur de l’écran changeait à chaque bloc de 4 essais, tandis que le champ de force ne changeait pas. Les sujets du groupe témoin Va ne rencontraient que la force assistante Va et les sujets du groupe témoin Vr performaient leurs mouvements uniquement contre une force résistante Vr. Ainsi, dans ces deux groupes témoins, les stimuli de couleur n’étaient pas pertinents pour adapter le mouvement et les sujets ne s’adaptaient qu’à une seule force (Va ou Vr). Dans les deux groupes expérimentaux, cependant, les sujets expérimentaient deux champs de forces différents dans les différents blocs d’essais (4 par bloc), associés à ces couleurs. Dans le premier groupe expérimental (groupe « indice certain », IC), la relation entre le champ de force et le stimulus (couleur de l’écran) était constante. La couleur rouge signalait toujours la force Vr tandis que la force Va était signalée par la couleur verte. L’adaptation aux deux forces anti-corrélées pour le groupe IC s’est avérée significative au cours des 10 jours d’entraînement et leurs mouvements étaient presque aussi bien ajustés que ceux des deux groupes témoins qui n’avaient expérimenté qu’une seule des deux forces. De plus, les sujets du groupe IC ont rapidement démontré des changements adaptatifs prédictifs dans leurs sorties motrices à chaque changement de couleur de l’écran, et ceci même durant leur première journée d’entraînement. Ceci démontre qu’ils pouvaient utiliser les stimuli de couleur afin de se rappeler de la commande motrice adéquate. Dans le deuxième groupe expérimental, la couleur de l’écran changeait régulièrement de vert à rouge à chaque transition de blocs d’essais, mais le changement des champs de forces était randomisé par rapport aux changements de couleur (groupe « indice-incertain », II). Ces sujets ont pris plus de temps à s’adapter aux champs de forces que les 3 autres groupes et ne pouvaient pas utiliser les stimuli de couleurs, qui n’étaient pas fiables puisque non systématiquement reliés aux champs de forces, pour faire des changements prédictifs dans leurs sorties motrices. Toutefois, tous les sujets de ce groupe ont développé une stratégie ingénieuse leur permettant d’émettre une réponse motrice « par défaut » afin de palper ou de sentir le type de la force qu’ils allaient rencontrer dans le premier essai de chaque bloc, à chaque changement de couleur. En effet, ils utilisaient la rétroaction proprioceptive liée à la nature du champ de force afin de prédire la sortie motrice appropriée pour les essais qui suivent, jusqu’au prochain changement de couleur d’écran qui signifiait la possibilité de changement de force. Cette stratégie était efficace puisque la force demeurait la même dans chaque bloc, pendant lequel la couleur de l’écran restait inchangée. Cette étude a démontré que les sujets du groupe II étaient capables d’utiliser les stimuli de couleur pour extraire des informations implicites et explicites nécessaires à la réalisation des mouvements, et qu’ils pouvaient utiliser ces informations pour diminuer l’interférence lors de l’adaptation aux forces anti-corrélées. Les résultats de cette première étude nous ont encouragés à étudier les mécanismes permettant aux sujets de se rappeler d’habiletés motrices multiples jumelées à des stimuli contextuels de couleur. Dans le cadre de notre deuxième étude, nos expériences ont été effectuées au niveau neuronal chez le singe. Notre but était alors d’élucider à quel point les neurones du cortex moteur primaire (M1) peuvent contribuer à la compensation d’un large éventail de différentes forces externes durant un mouvement de flexion/extension du coude. Par cette étude, nous avons testé l’hypothèse liée au modèle MOSAIC, selon laquelle il existe plusieurs modules contrôleurs dans le cervelet qui peuvent prédire chaque contexte et produire un signal de sortie motrice approprié pour un nombre restreint de conditions. Selon ce modèle, les neurones de M1 recevraient des entrées de la part de plusieurs contrôleurs cérébelleux spécialisés et montreraient ensuite une modulation appropriée de la réponse pour une large variété de conditions. Nous avons entraîné deux singes à adapter leurs mouvements de flexion/extension du coude dans le cadre de 5 champs de force différents : un champ nul ne présentant aucune perturbation, deux forces visqueuses anti-corrélées (assistante et résistante) qui dépendaient de la vitesse du mouvement et qui ressemblaient à celles utilisées dans notre étude psychophysique chez l’homme, une force élastique résistante qui dépendait de la position de l’articulation du coude et, finalement, un champ viscoélastique comportant une sommation linéaire de la force élastique et de la force visqueuse. Chaque champ de force était couplé à une couleur d’écran de l’ordinateur, donc nous avions un total de 5 couleurs différentes associées chacune à un champ de force (relation fixe). Les singes étaient bien adaptés aux 5 conditions de champs de forces et utilisaient les stimuli contextuels de couleur pour se rappeler de la sortie motrice appropriée au contexte de forces associé à chaque couleur, prédisant ainsi leur sortie motrice avant de sentir les effets du champ de force. Les enregistrements d’EMG ont permis d’éliminer la possibilité de co-contractions sous-tendant ces adaptations, étant donné que le patron des EMG était approprié pour compenser chaque condition de champ de force. En parallèle, les neurones de M1 ont montré des changements systématiques dans leurs activités, sur le plan unitaire et populationnel, dans chaque condition de champ de force, signalant les changements requis dans la direction, l’amplitude et le décours temporel de la sortie de force musculaire nécessaire pour compenser les 5 conditions de champs de force. Les changements dans le patron de réponse pour chaque champ de force étaient assez cohérents entre les divers neurones de M1, ce qui suggère que la plupart des neurones de M1 contribuent à la compensation de toutes les conditions de champs de force, conformément aux prédictions du modèle MOSAIC. Aussi, cette modulation de l’activité neuronale ne supporte pas l’hypothèse d’une organisation fortement modulaire de M1.