Analyzing multiple spike trains with nonparametric granger causality

Simultaneous recordings of spike trains from multiple single neurons are becoming commonplace. Understanding the interaction patterns among these spike trains remains a key research area. A question of interest is the evaluation of information flow between neurons through the analysis of whether one spike train exerts causal influence on another. For continuous-valued time series data, Granger causality has proven an effective method for this purpose. However, the basis for Granger causality estimation is autoregressive data modeling, which is not directly applicable to spike trains. Various filtering options distort the properties of spike trains as point processes. Here we propose a new nonparametric approach to estimate Granger causality directly from the Fourier transforms of spike train data. We validate the method on synthetic spike trains generated by model networks of neurons with known connectivity patterns and then apply it to neurons limultaneously recorded from the thalamus and the primary somatosensory cortex of a squirrel monkey undergoing tactile stimulation.

Analyzing information flow in brain networks with nonparametric Granger causality

Multielectrode neurophysiological recording and high-resolution neuroimaging generate multivariate data that are the basis for understanding the patterns of neural interactions. How to extract directions of information flow in brain networks from these data remains a key challenge. Research over the last few years has identified Granger causality as a statistically principled technique to furnish this capability. The estimation of Granger causality currently requires autoregressive modeling of neural data. Here, we propose a nonparametric approach based on widely used Fourier and wavelet transforms to estimate both pairwise and conditional measures of Granger causality, eliminating the need of explicit autoregressive data modeling. We demonstrate the effectiveness of this approach by applying it to synthetic data generated by network models with known connectivity and to local field potentials recorded from monkeys performing a sensorimotor task.

Is Granger Causality a Viable Technique for Analyzing fMRI Data?

Multivariate neural data provide the basis for assessing interactions in brain networks. Among myriad connectivity measures, Granger causality (GC) has proven to be statistically intuitive, easy to implement, and generate meaningful results. Although its application to functional MRI (fMRI) data is increasing, several factors have been identified that appear to hinder its neural interpretability: (a) latency differences in hemodynamic response function (HRF) across different brain regions, (b) low-sampling rates, and (c) noise. Recognizing that in basic and clinical neuroscience, it is often the change of a dependent variable (e.g., GC) between experimental conditions and between normal and pathology that is of interest, we address the question of whether there exist systematic relationships between GC at the fMRI level and that at the neural level. Simulated neural signals were convolved with a canonical HRF, down-sampled, and noise-added to generate simulated fMRI data. As the coupling parameters in the model were varied, fMRI GC and neural GC were calculated, and their relationship examined. Three main results were found: (1) GC following HRF convolution is a monotonically increasing function of neural GC; (2) this monotonicity can be reliably detected as a positive correlation when realistic fMRI temporal resolution and noise level were used; and (3) although the detectability of monotonicity declined due to the presence of HRF latency differences, substantial recovery of detectability occurred after correcting for latency differences. These results suggest that Granger causality is a viable technique for analyzing fMRI data when the questions are appropriately formulated.

Multivariate Granger causality: an estimation framework based on factorization of the spectral density matrix

Granger causality is increasingly being applied to multi-electrode neurophysiological and functional imaging data to characterize directional interactions between neurons and brain regions. For a multivariate dataset, one might be interested in different subsets of the recorded neurons or brain regions. According to the current estimation framework, for each subset, one conducts a separate autoregressive model fitting process, introducing the potential for unwanted variability and uncertainty. In this paper, we propose a multivariate framework for estimating Granger causality. It is based on spectral density matrix factorization and offers the advantage that the estimation of such a matrix needs to be done only once for the entire multivariate dataset. For any subset of recorded data, Granger causality can be calculated through factorizing the appropriate submatrix of the overall spectral density matrix.

Effect of measurement noise on Granger causality

Most of the signals recorded in experiments are inevitably contaminated by measurement noise. Hence, it is important to understand the effect of such noise on estimating causal relations between such signals. A primary tool for estimating causality is Granger causality. Granger causality can be computed by modeling the signal using a bivariate autoregressive (AR) process. In this paper, we greatly extend the previous analysis of the effect of noise by considering a bivariate AR process of general order p. From this analysis, we analytically obtain the dependence of Granger causality on various noise-dependent system parameters. In particular, we show that measurement noise can lead to spurious Granger causality and can suppress true Granger causality. These results are verified numerically. Finally, we show how true causality can be recovered numerically using the Kalman expectation maximization algorithm.

Causalidade psíquica em Freud

O objetivo da dissertação é abordar a teoria causal do mental de Freud e seu uso na explicação do conflito psíquico. É destacada a dupla dimensão da causalidade psíquica freudiana que oscila de uma causalidade mecanicista a uma causalidade intencional. Considera-se que a forma mais coerente de defender a tese da causalidade psíquica é descrevê-la como intencional, usando o vocabulário psicológico. Para dar suporte a essa idéia, a concepção estrita da causalidade sustentada por Wittgenstein é dispensada, e a idéia de causa mental em Davidson é endossada como aquela que pode ser mais facilmente articulável às hipóteses freudianas. A questão é analisada em três momentos da obra freudiana. Na primeira tópica, Freud usa um vocabulário híbrido, descrevendo o psiquismo tanto em termos de causa racionais quanto em termos de causas intencionais. Na segunda tópica, o psiquismo assume, cada vez mais, uma descrição intencional, e a causa a-racional da energia pulsional, inicialmente apresentada como um motor do psiquismo, dá um lugar a angústia como um afeto intencional que obriga o eu a encontrar uma solução para os conflitos psíquicos.

Avaliação da influência do material de confecção das matrizes no teste de conversão monomérica por espectrometria no infravermelho de um compósito

Este estudo teve por objetivo avaliar, in vitro, a influência do material de confecção das matrizes, traçando um perfil da conversão monomérica de um compósito micro-híbrido, além de avaliar qual dos materiais testados mais se assemelha a uma matriz de dentina. A avaliação foi feita através da análise do grau de conversão (GC). Foram confeccionadas 3 matrizes bipartidas, sendo estas de teflon negro, tefon branco e aço inoxidável, ambas com 10mm de diâmetro e 2 mm de profundidade. Para o grupo controle foi utilizado um incisivo central bovino, o qual teve sua face vestibular aplainada em uma lixadeira sob refrigeração constante, com o auxílio de uma lixa de carbeto de silício, número 800. Após, este dente foi preparado com uma broca diamantada número 2294 (KG Sorensen) em alta rotação, própria para a preparação de cavidades padronizadas para ensaios de laboratório, apresentando um limitador de penetração. Em seguida, com um motor de baixa rotação foi realizado o acabamento das paredes, obtendo-se uma cavidade de 2,0 mm de profundidade por 9,0 mm de diâmetro. Pela palatina desse dente, com uma broca carbide cilíndrica de numeração 2056 (KG Sorensen), fez-se uma penetração até se obter uma parede de dentina extremamente fina, porém sem que esta fosse rompida. Assim, com uma agulha, fez-se uma pequena perfuração no centro dessa dentina para que este instrumental servisse como um pino para remoção do corpo de prova de dentro da matriz de dente. Os corpos de prova (CP) foram obtidos a partir da inserção do compósito no interior da perfuração das matrizes em um único incremento e cobertos na superfície externa com uma matriz de poliéster mais uma lamínula de vidro. Os CP foram fotopolimerizados por 40 s pela fonte de luz halógena Optilux 501 (Demetron), com 500 mW/cm. Imediatamente após a polimerização, os corpos de prova eram submetidos no topo e na base para a análise de espectrometria no infravermelho para a determinação da profundidade de polimerização, pela técnica do filme vazado para o compósito não polimerizado e pela técnica da pastilha de brometo de potássio (KBr) para o compósito polimerizado. Foram confeccionados 5 CP de cada grupo. Em cada grupo, o compósito da base e do topo das amostras foi moído até se obter de 1,5 a 2,0 mg de pó e misturado com 70 mg de KBr, para obtenção da pastilha de KBr. Foi feita a análise de espectrofotometria no infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR). As absorções selecionadas para o cálculo foram 1610 cm-1 e 1637 cm-1, os picos dos espectros das ligações dos carbonos aromáticos e alifáticos, respectivamente. Os dados obtidos foram tratados estatisticamente. Os grupos Gr1B, Gr2B, Gr3B e Gr4B representam, respectivamente, as bases dos CP confeccionados pelas matrizes de DB, TN, TB e AI. Já os Gr1T, Gr2T, Gr3T e Gr4T representam os topos. Médias (%) e DP: Gr1T (46,461,99), Gr2T (39,864,51), Gr3T (44,053,44) e Gr4T (38,045,08). Gr1B (40,441,49), Gr2B (36,153,81), Gr3B (40,093,18) e Gr4B (35,593,35). Em posse dos resultados, pôde-se concluir que os grupos do teflon negro, teflon branco e aço inoxidável não apresentaram diferenças entre o grau de conversão do topo e da base, enquanto que o grupo da dentina apresentou maior conversão do topo. Comparando as matrizes entre elas, pôde-se perceber que no topo, o GC do dente bovino é maior que o GC do aço inoxidável e do que o de teflon negro, o GC do teflon branco é maior que o GC do aço inoxidável e do que o de teflon negro. Já o topo dos grupos de dente bovino e teflon banco foram semelhantes. Nas bases dos CPs, não houve diferença significativa entre os grupos testados. De acordo com os resultados obtidos no experimento, pôde-se concluir que nos grupos do teflon negro, teflon branco e aço inoxidável não houve diferença entre 0 e 2 mm, ou seja, topo e base, o que mostra que o material de confecção da matriz não influênciou o grau de conversão do compósito. Já para o grupo da matriz de dentina, o topo apresentou valor de conversão monomérica maior, mostrando que, neste caso, o material da matriz interferiu no grau de conversão. Pode-se perceber também que existe uma tendência da matriz de teflon branco se assemelhar mais a matriz de dentina, pois foi o único grupo que apresentou semelhança nos valores de conversão monomérica no topo das amostras. Porém analisando a base das amostras, percebe-se que todos os grupos se comportaram de forma semelhante, obtendo valores do grau de conversão sem diferença significante.

Teste de não-palavras para afásicos: uma contribuição para a prática fonoaudiológica

A afasia pode ser definida como uma alteração no conteúdo, na forma e no uso da linguagem e de seus processos cognitivos subjacentes, tais como percepção e memória adquirida por lesão neurológica. Essa alteração é caracterizada por redução e disfunção, que se manifestam tanto no aspecto expressivo quanto no receptivo da linguagem oral e escrita, embora em diferentes graus em cada uma dessas modalidades (CHAPEY 1996). A alça fonológica constitui um dos três componentes do modelo de memória de trabalho proposto por Baddeley e Hitch (1974) e sua função é armazenar temporariamente as informações verbais e retê-las por um breve período tanto para a compreensão verbal como para a repetição acústica. De acordo com Gathercole e Baddeley (1993), a tarefa de repetição de não-palavras é capaz de solicitar mais a memória fonológica, uma vez que o fato do input ser desconhecido, e não exposto às influências lexicais ou ao uso de estratégias mnemônicas, possibilita avaliar as reais condições do sistema de memória. Considerando-se que afásicos têm dificuldades para memorizar palavras, frases ou instruções e que inexistem estudos nacionais que verificassem o desempenho de afásicos em um teste de não-palavras, a presente dissertação tem como objetivo verificar a integridade da alça fonológica de seis afásicos por meio da aplicação de um teste de não-palavras elaborado para tal objetivo. Como resultado, observou-se através das análises, desempenhos variados, porém com piora significativa no desempenho influenciado pelo aumento da extensão da palavra, corroborando assim, com estudos já realizados com outras categorias de distúrbios linguísticos

Influência de diferentes métodos de condicionamento superficial em pinos pré-fabricados resinosos fibro-reforçados em vidro e quartzo na resistência adesiva a compósito de polimerização dual: teste de push-out

O objetivo deste estudo foi realizar uma avaliação tridimensional da rugosidade superficial em 3 tipos de pinos de fibra - DT LightPost, FRC Postec Plus e Transluma Post - submetidos a diferentes tratamentos de superfície e avaliar os efeitos dos pré-tratamentos na resistência adesiva a um compósito de presa dual Biscore. Os tratamentos de superfície foram: imersão em ácido hidrofluorídrico, jateamento com óxido de alumínio a 50m, imersão em peróxido de hidrogênio, jateamento com óxido de alumínio a 50m seguido de imersão em ácido hidrofluorídrico e jateamento com óxido de alumínio a 50m seguido de imersão em peróxido de hidrogênio. No experimento 1, 75 pinos foram divididos em 3 grupos (n = 25), de acordo com seu fabricante e subdivididos em cinco subgrupos. A rugosidade superficial foi medida usando um rugosímetro tridimensional e analisada com o software de análise 3D. Os valores de rugosidade foram obtidos antes e após diferentes tratamentos de superfície na área dos mesmos corpos-de-prova. Para o experimento 2, foram utilizados os mesmos corpos-de-prova, os mesmos grupos e subgrupos do experimento 1, tendo sido adicionado o subgrupo de controle (n=90) e a resistência adesiva a um compósito presa dual Biscore foi mensurada através de um teste push-out. A resistência adesiva foi medida em uma máquina universal de ensaios, com uma célula de carga tipo SLBL-5kN em uma velocidade de 0,5 mm / min. Os resultados do experimento 1 foram analisados através de um teste estatístico t-Student. Jateamento e jateamento seguido de imersão em ácido hidrofluorídrico produziram um aumento estatisticamente significante na rugosidade, contudo somente o tratamento por jateamento proporcionou um aumento significativo nos valores de rugosidade. Os resultados do experimento 2 foram obtidos através de um um teste t-unilateral de hipótese com variância desconhecida. Concluiu-se que o jateamento com óxido de alumínio a 50μm em uma distância de 30 mm a 2,5 bar de pressão por 5 segundos foi suficiente para modificar a topografia dos pinos de fibra de vidro e quartzo e que o jateamento com partículas de 50 μ alumina a distância de 30 mm a 2,5 bar de pressão por 5 segundos foi o único tratamento de superfície que aumentou a resistência adesiva do compósito Biscore aos pinos DT Light Post e Transluma Post. Os pinos FRC Postec Plus não demostraram um aumento estatisticamente significante na resistência adesiva em nenhum grupo.

Avaliação de sistemas de informações geográficas na internet através de teste de software.

A utilização de sistemas de informações geográficas via Web (Sigweb) tem crescido nos últimos anos pela facilidade na manipulação e visualização de informações de diferentes lugares através da Internet. O objetivo deste estudo é realizar testes de sistemas de informações geográficas na Internet com ênfase na técnica funcional para avaliar a funcionalidade, usabilidade, a navegabilidade dos programas conhecidos como Sigweb prontos para usar. Para tanto, foi necessária a identificação dos casos de uso dos programas propostos para o estudo. Como resultado se pode conferir o comportamento dos sistemas durante os testes, além de distinguir as características de cada SigWeb e as dificuldades encontradas.

Estudo de associação entre os níveis de coordenação motora, adiposidade e atividade física de crianças em idade escolar

Há um crescente conjunto de evidências que têm indicado associações significativas entre os níveis de coordenação motora e outros atributos relacionados à saúde, tais como os níveis de adiposidade corporal e atividade física. Entretanto, as associações entre os níveis de coordenação motora, adiposidade e atividade física têm sido analisadas de forma bivariada, sem considerar a influência recíproca que essas variáveis exercem entre si, o que pode ser a causa da produção de dados enviesados. Assim sendo, o objetivo geral do presente estudo foi analisar o inter-relacionamento entre os níveis de coordenação motora, adiposidade e atividade física de crianças entre 12 e 14 anos de idade. Cento e dezenove participantes (51 meninos e 68 meninas) foram recrutados. O questionário Physical Activity Questionnaire for Older Children, o teste de coordenação motora Körperkoordinationstest für Kinder e um plicômetro clínico foram utilizados para estimar, respectivamente, os níveis de atividade física, coordenação motora e adiposidade corporal dos participantes. Coeficientes de Correlação de Pearson foram usados para examinar as associações bivariadas entre níveis de atividade física e coordenação motora e entre níveis de adiposidade corporal e coordenação motora. Correlações parciais foram usadas para analisar as associações entre os níveis de atividade física e coordenação motora, controlando pelos níveis de adiposidade corporal, e entre os níveis de adiposidade corporal e coordenação motora, controlando pelos níveis de atividade física. O teste de Análise de Covariância Multivariada (MANCOVA) foi utilizado para testar diferenças entre os grupos formados de acordo com o status de adiposidade e atividade física com o intuito de examinar a influência combinada dessas variáveis sobre os níveis de coordenação motora. De um modo geral, os resultados deste estudo indicaram que as associações dos níveis de coordenação motora com os níveis de adiposidade corporal e atividade física podem sofrer alterações de acordo com as covariáveis consideradas nas análises em meninos, mas não em meninas. O fato de tal fenômeno não ter sido observado em meninas pode estar relacionado aos baixos níveis de atividade física apresentados por elas. Foram sugeridas pesquisas adicionais nas quais sejam recrutadas meninas com maiores níveis de atividade física com o intuito de testar a hipótese acima aludida. Por fim, embora nesta oportunidade não se tenha estabelecido qualquer relação de causalidade entre as variáveis estudadas, não temos dúvidas de que crianças devem ser encorajadas a desenvolverem adequados níveis de coordenação motora, pois tal variável está associada com atributos relacionados ao estado de saúde.

Relações conjuntivas de causalidade em editoriais

Com base na perspectiva da Linguística Sistêmico-Funcional, esta dissertação se propõe a analisar, semântica e estruturalmente, as relações coesivas de causalidade no texto argumentativo, com o objetivo de promover uma reflexão sobre que estruturas de causalidade são mais comuns no corpus analisado e sobre a importância dessas estruturas e das relações que elas constroem para o estudo dos textos na Escola Básica. Sendo assim, este trabalho apresenta a seguinte estrutura: num primeiro momento, consideraremos os pressupostos teóricos que serviram como base para fundamentá-lo. A base teórica adotada foi o Funcionalismo Linguístico, a partir do modelo de Michael A. K. Halliday, uma teoria de base semântica, que prioriza os sentidos expressos por meio da língua nas diferentes situações comunicativas. Além disso, ainda como assuntos correlatos e complementares à análise que nos propusemos desenvolver, abordaremos as noções de gênero e de sequência textual, e faremos um estudo do processo de conjunção e da relação de causalidade sob a visão de dois autores Halliday e José Carlos Azeredo. Em seguida, no segundo capítulo do trabalho, foi realizada a análise de vinte editorias, os textos-corpus do trabalho. A análise contemplou todas as ocorrências das orações constituintes dos editoriais iniciadas por conectivos que estabeleciam relações de causalidade, que, inicialmente, se dividem em dois grupos, o da causa e o do efeito. Dessa maneira, por meio da totalidade de ocorrências encontradas, considerando o ponto de vista qualitativo e quantitativo, pudemos verificar o tipo de relação predominante se de causa ou de efeito em nossos textos-corpus.

Teste de sentar-levantar: relação com a mortalidade por todas as causas e com a flexibilidade

Sabe-se que um estilo de vida sedentário e uma condição aeróbica baixa são associados com uma maior chance de desenvolvimento de doenças cardiovasculares e um maior risco de mortalidade por todas as causas. Contudo, é possível que outros indicadores de aptidão física possam ter significado clínico prognóstico. Originalmente proposto em 1999, o teste de sentar-levantar (TSL) é, simples de executar e possui comprovada reprodutibilidade inter e intra-avaliador. O avaliado inicia o teste com o escore máximo de 5 pontos para cada uma das ações de sentar e levantar, sendo subtraído do mesmo, um ponto para cada apoio extra utilizado (mão, braço e joelho) e meio ponto para cada desequilíbrio corporal perceptível. A pontuação do TSL escore, variando de 0 a 10, é realizada pela soma das ações de sentar e levantar. Considerando o potencial papel da flexibilidade para uma execução mais eficiente de gestos motores, não é surpreendente que o desempenho sobre TSL possa ser influenciado por essa valência. O objetivo desta dissertação foi analisar a relação entre o resultado do TSL e a mortalidade por todas as causas e a flexibilidade. No primeiro estudo, 2002 indivíduos entre 51 e 80 anos (68% homens), realizaram o TSL e os resultados foram estratificados em quatro faixas: 0/3; 3,5/5,5, 6/7,5 and 8/10. Baixos resultados no TSL escore foram associados com um maior risco de mortalidade (p<0,001). Uma tendência contínua de maior sobrevivência se refletiu no ajuste multivariado idade, sexo, índice de massa corporal em um razão de risco de 5,44 [95%IC=3,19,5], 3,44 [95%IC=2,05,9] e 1,84 [95%IC=1,13,0] (p<0,001) dos menores para as maiores faixas de resultados do TSL. Cada aumento de um ponto no escore do TSL significou uma melhora de 21% na sobrevivência. Já o segundo estudo, contou com 3927 indivíduos (67,4% homens) que realizaram o TSL e o Flexiteste. O Flexiteste avalia a amplitude máxima passiva de 20 movimentos corporais. Para cada um dos movimentos, existem cinco escores possíveis, 0 a 4 em uma ordem de mobilidade crescente. A soma dos resultados dos 20 movimentos fornece uma pontuação de flexibilidade global denominada de Flexíndice (FLX). Os resultados do FLX foram estratificados em quartis (626, 2735, 3644 and 4577). Os valores do TSL em cada quartil diferiram entre si (p<0,001). Além disso, o escore do TSL e o FLX foram diretamente associados (r=0,296; p<0,001). Os indivíduos com um TSL escore zero são menos flexíveis para todos os 20 movimentos do Flexiteste do que aqueles com escore 10. Portanto, os dados da presente dissertação, indicam que: o resultado do TSL se mostrou um importante preditor de mortalidade por todas as causas para indivíduos entre 51-80 anos de idade e que indivíduos mais flexíveis tendem a ter maiores escores no TSL.

Equação de referência do Teste do Degrau medida em distância para indivíduos saudáveis e sedentários

O teste de caminhada em seis minutos (TC6M) avalia a capacidade respiratória durante o exercício. Recentemente, o teste do degrau em seis minutos (TD6M) está sendo estudado como uma proposta para essa mesma avaliação. Diante do exposto, o desenvolvimento de uma equação de referência se torna importante. O objetivo desse estudo foi desenvolver uma equação de referência padrão para o Teste do Degrau em Seis minutos. Esse estudo foi do tipo transversal, em que foram selecionados 452 indivíduos. Após a aplicação dos critérios de inclusão/exclusão, foram selecionados 326 sujeitos saudáveis e sedentários com idade entre 20 e 80 anos. Para serem considerados saudáveis, os participantes não podiam ter história de doenças (exceto hipertensão arterial sistêmica ou diabetes mellitus em tratamento) e foram submetidos à radiografia de tórax, espirometria e eletrocardiograma, que deveriam ser normais. O nível de sedentarismo foi avaliado através do International Physical Activity Questionnaire (IPAQ). Foram coletados os seguintes dados demográficos: idade, peso e altura. Todos os indivíduos realizaram TD6M na sua própria cadência (autocadenciado) em um degrau de 16,5 cm de altura, 65 de largura e 30 cm de comprimento. O número de subidas e descidas foi contado por um pedômetro digital. Foram mensuradas a pressão arterial, a frequência cardíaca e a saturação de oxigênio, antes e depois do TD6M. A análise estatística foi realizada pelo software STATA 12.0, e as equações foram desenvolvidas pelo modelo estatístico de regressão linear múltipla. Como resultado, observou-se que os participantes apresentaram exames normais, sendo 135 homens e 191 mulheres. O IPAQ demonstrou 157 ativos, 114 irregularmente ativos e 40 inativos, sendo que 14 indivíduos não responderam. A análise da distância alcançada em relação à idade e à diferença da frequência cardíaca tanto para homens quanto para mulheres mostrou significância estatística, demonstrando a sua importância para o desenvolvimento das equações para cada gênero. Para mulheres: Distância (m) = 88,83 - [(FC final- FC inicial)* 0,23] (Idade *0,37); para homens: Distância (m)= 110,20 - [(FC final- FC inicial)*0,18] (Idade * 0,59). O estudo concluiu que as equações de referência desenvolvidas nesse estudo foram realizadas em uma população de indivíduos saudáveis e sedentários e pode ser usada como padrão de referência para o TD6M.

Determinação da umidade limite de sobrevivência de sementes de pupunha: teste preliminar.

2010