Processing of speech signals for physical and sensory disabilities.

Assistive technology involving voice communication is used primarily by people who are deaf, hard of hearing, or who have speech and/or language disabilities. It is also used to a lesser extent by people with visual or motor disabilities. A very wide range of devices has been developed for people with hearing loss. These devices can be categorized not only by the modality of stimulation [i.e., auditory, visual, tactile, or direct electrical stimulation of the auditory nerve (auditory-neural)] but also in terms of the degree of speech processing that is used. At least four such categories can be distinguished: assistive devices (a) that are not designed specifically for speech, (b) that take the average characteristics of speech into account, (c) that process articulatory or phonetic characteristics of speech, and (d) that embody some degree of automatic speech recognition. Assistive devices for people with speech and/or language disabilities typically involve some form of speech synthesis or symbol generation for severe forms of language disability. Speech synthesis is also used in text-to-speech systems for sightless persons. Other applications of assistive technology involving voice communication include voice control of wheelchairs and other devices for people with mobility disabilities.

Molecular cloning and characterization of a calmodulin-dependent phosphodiesterase enriched in olfactory sensory neurons.

The sensing of an odorant by an animal must be a rapid but transient process, requiring an instant response and also a speedy termination of the signal. Previous biochemical and electrophysiological studies suggest that one or more phosphodiesterases (PDEs) may play an essential role in the rapid termination of the odorant-induced cAMP signal. Here we report the molecular cloning, expression, and characterization of a cDNA from rat olfactory epithelium that encodes a member of the calmodulin-dependent PDE family designated as PDE1C. This enzyme shows high affinity for cAMP and cGMP, having a Km for cAMP much lower than that of any other neuronal Ca2+/calmodulin-dependent PDE. The mRNA encoding this enzyme is highly enriched in olfactory epithelium and is not detected in six other tissues tested. However, RNase protection analyses indicate that other alternative splice variants related to this enzyme are expressed in several other tissues. Within the olfactory epithelium, this enzyme appears to be expressed exclusively in the sensory neurons. The high affinity for cAMP of this Ca2+/calmodulin-dependent PDE and the fact that its mRNA is highly concentrated in olfactory sensory neurons suggest an important role for it in a Ca(2+)-regulated olfactory signal termination.

G-utrophin, the autosomal homologue of dystrophin Dp116, is expressed in sensory ganglia and brain.

The utrophin gene is closely related to the dystrophin gene in both sequence and genomic structure. The Duchenne muscular dystrophy (DMD) locus encodes three 14-kb dystrophin transcripts in addition to several smaller isoforms, one of which, Dp116, is specific to peripheral nerve. We describe here the corresponding 5.5-kb mRNA from the utrophin locus. This transcript, designated G-utrophin, is of particular interest because it is specifically expressed in the adult mouse brain and appears to be the predominant utrophin transcript in this tissue. G-utrophin is expressed in brain sites generally different from the regions expressing beta-dystroglycan. During mouse embryogenesis G-utrophin is also seen in the developing sensory ganglia. Our data confirm the close evolutionary relationships between the DMD and utrophin loci; however, the functions for the corresponding proteins probably differ.

The photoreceptor sensory rhodopsin I as a two-photon-driven proton pump.

Proton translocation experiments with intact cells of Halobacterium salinarium overproducing sensory rhodopsin I (SRI) revealed transport activity of SRI in a two-photon process. The vectoriality of proton translocation depends on pH, being outwardly directed above, and inwardly directed below, pH 5.7. Activation of the transport cycle requires excitation of the initial dark state of SRI, SRI590, to form the intermediate SRI380. Action spectra identify the photocycle intermediates SRI380 and SRI520 as the two photochemically reactive species in the outwardly directed transport process. As shown by flash photolysis experiments, SRI520 undergoes a so-far unknown photochemical reaction to SRI380 with a half-time of <200 micros. Mutation of SRI residue Asp-76, the residue which is equivalent to the proton acceptor Asp-85 in bacteriorhodopsin, to asparagine leads to inactivation of proton translocation. This demonstrates that the underlying mechanisms of proton transport in both retinal proteins share similar features. However, SRI is to our knowledge the first case where photochemical reactions between two thermally unstable photoproducts of a retinal protein constitute a catalytic ion transport cycle.

Induction of cell proliferation in mammalian inner-ear sensory epithelia by transforming growth factor alpha and epidermal growth factor.

Regenerative proliferation occurs in the inner-ear sensory epithelial of warm-blooded vertebrates after insult. To determine how this proliferation is controlled in the mature mammalian inner ear, several growth factors were tested for effects on progenitor-cell division in cultured mouse vestibular sensory epithelia. Cell proliferation was induced in the sensory epithelium by transforming growth factor alpha (TGF-alpha) in a dose-dependent manner. Proliferation was also induced by epidermal growth factor (EGF) when supplemented with insulin, but not EGF alone. These observations suggest that stimulation of the EGF receptors by TGF-alpha binding, or EGF (plus insulin) binding, stimulates cell proliferation in the mature mammalian vestibular sensory epithelium.

Residue replacements of buried aspartyl and related residues in sensory rhodopsin I: D201N produces inverted phototaxis signals.

Residue replacements were made at five positions (Arg-73, Asp-76, Tyr-87, Asp-106, and Asp-201) in the Halobacterium salinarium phototaxis receptor sensory rhodopsin I (SR-I) by site-specific mutagenesis. The sites were chosen for their correspondence in position to residues of functional importance in the homologous light-driven proton pump bacteriorhodopsin found in the same organism. This work identifies a residue in SR-I shown to be of vital importance to its attractant signaling function: Asp-201. The effect of the substitution with the isosteric asparagine is to convert the normally attractant signal of orange light stimulation to a repellent signal. In contrast, similar neutral substitution of the four other ionizable residues near the photoactive site allows essentially normal attractant and repellent phototaxis signaling. Wild-type two-photon repellent signaling by the receptor is intact in the Asp-201 mutant, genetically separating the wild-type attractant and repellent signal generation processes. A possible explanation and implications of the inverted signaling are discussed. Results of neutral residue substitution for Asp-76 confirm our previous evidence that proton transfer reactions involving this residue are not important to phototaxis but that Asp-76 functions as the Schiff base proton acceptor in proton translocation by transducer-free SR-I.

A receptor guanylyl cyclase expressed specifically in olfactory sensory neurons.

We have cloned an additional member (GC-D) of the membrane receptor guanylyl cyclase [GTP pyrophosphate-lyase (cyclizing), EC 4.6.1.2] family that is specifically expressed in a subpopulation of olfactory sensory neurons. The extracellular, putative ligand-binding domain of the olfactory cyclase is similar in primary structure to two guanylyl cyclases expressed in the retina but diverges considerably from other known guanylyl cyclases. The expression of GC-D RNA is restricted to a small, randomly dispersed population of neurons that is within a single topographic zone in the olfactory neuroepithelium and resembles the pattern of the more diverse seven-transmembrane-domain odorant receptors. These observations suggest that GC-D may function directly in odor recognition or in modulating the sensitivity of a subpopulation of sensory neurons to specific odors.

Low doses of ivermectin cause sensory and locomotor disorders in dung beetles

Ivermectin is a veterinary pharmaceutical generally used to control the ecto- and endoparasites of livestock, but its use has resulted in adverse effects on coprophilous insects, causing population decline and biodiversity loss. There is currently no information regarding the direct effects of ivermectin on dung beetle physiology and behaviour. Here, based on electroantennography and spontaneous muscle force tests, we show sub-lethal disorders caused by ivermectin in sensory and locomotor systems of Scarabaeus cicatricosus, a key dung beetle species in Mediterranean ecosystems. Our findings show that ivermectin decreases the olfactory and locomotor capacity of dung beetles, preventing them from performing basic biological activities. These effects are observed at concentrations lower than those usually measured in the dung of treated livestock. Taking into account that ivermectin acts on both glutamate-gated and GABA-gated chloride ion channels of nerve and muscle cells, we predict that ivermectin’s effects at the physiological level could influence many members of the dung pat community. The results indicate that the decline of dung beetle populations could be related to the harmful effects of chemical contamination in the dung.

Plasticité du cortex visuel: «homéodynamie» des connexions neuronales et modèle d’effets d’antidépresseurs

Les informations sensorielles sont traitées dans le cortex par des réseaux de neurones co-activés qui forment des assemblées neuronales fonctionnelles. Le traitement visuel dans le cortex est régit par différents aspects des caractéristiques neuronales tels que l’aspect anatomique, électrophysiologique et moléculaire. Au sein du cortex visuel primaire, les neurones sont sélectifs à divers attributs des stimuli tels que l’orientation, la direction, le mouvement et la fréquence spatiale. Chacun de ces attributs conduit à une activité de décharge maximale pour une population neuronale spécifique. Les neurones du cortex visuel ont cependant la capacité de changer leur sélectivité en réponse à une exposition prolongée d’un stimulus approprié appelée apprentissage visuel ou adaptation visuelle à un stimulus non préférentiel. De ce fait, l’objectif principal de cette thèse est d’investiguer les mécanismes neuronaux qui régissent le traitement visuel durant une plasticité induite par adaptation chez des animaux adultes. Ces mécanismes sont traités sous différents aspects : la connectivité neuronale, la sélectivité neuronale, les propriétés électrophysiologiques des neurones et les effets des drogues (sérotonine et fluoxétine). Le modèle testé se base sur les colonnes d’orientation du cortex visuel primaire. La présente thèse est subdivisée en quatre principaux chapitres. Le premier chapitre (A) traite de la réorganisation du cortex visuel primaire suite à une plasticité induite par adaptation visuelle. Le second chapitre (B) examine la connectivité neuronale fonctionnelle en se basant sur des corrélations croisées entre paires neuronales ainsi que sur des corrélations d’activités de populations neuronales. Le troisième chapitre (C) met en liaison les aspects cités précédemment (les effets de l’adaptation visuelle et la connectivité fonctionnelle) aux propriétés électrophysiologiques des neurones (deux classes de neurones sont traitées : les neurones à décharge régulière et les neurones à décharge rapide ou burst). Enfin, le dernier chapitre (D) a pour objectif l’étude de l’effet du couplage de l’adaptation visuelle à l’administration de certaines drogues, notamment la sérotonine et la fluoxétine (inhibiteur sélectif de recapture de la sérotonine). Méthodes En utilisant des enregistrements extracellulaires d’activités neuronales dans le cortex visuel primaire (V1) combinés à un processus d’imagerie cérébrale optique intrinsèque, nous enregistrons l’activité de décharge de populations neuronales et nous examinons l’activité de neurones individuels extraite des signaux multi-unitaires. L’analyse de l’activité cérébrale se base sur différents algorithmes : la distinction des propriétés électrophysiologiques des neurones se fait par calcul de l’intervalle de temps entre la vallée et le pic maximal du potentiel d’action (largeur du potentiel d’action), la sélectivité des neurones est basée sur leur taux de décharge à différents stimuli, et la connectivité fonctionnelle utilise des calculs de corrélations croisées. L’utilisation des drogues se fait par administration locale sur la surface du cortex (après une craniotomie et une durotomie). Résultats et conclusions Dans le premier chapitre, nous démontrons la capacité des neurones à modifier leur sélectivité après une période d’adaptation visuelle à un stimulus particulier, ces changements aboutissent à une réorganisation des cartes corticales suivant un patron spécifique. Nous attribuons ce résultat à la flexibilité de groupes fonctionnels de neurones qui étaient longtemps considérés comme des unités anatomiques rigides. En effet, nous observons une restructuration extensive des domaines d’orientation dans le but de remodeler les colonnes d’orientation où chaque stimulus est représenté de façon égale. Ceci est d’autant plus confirmé dans le second chapitre où dans ce cas, les cartes de connectivité fonctionnelle sont investiguées. En accord avec les résultats énumérés précédemment, les cartes de connectivité montrent également une restructuration massive mais de façon intéressante, les neurones utilisent une stratégie de sommation afin de stabiliser leurs poids de connectivité totaux. Ces dynamiques de connectivité sont examinées dans le troisième chapitre en relation avec les propriétés électrophysiologiques des neurones. En effet, deux modes de décharge neuronale permettent la distinction entre deux classes neuronales. Leurs dynamiques de corrélations distinctes suggèrent que ces deux classes jouent des rôles clés différents dans l’encodage et l’intégration des stimuli visuels au sein d’une population neuronale. Enfin, dans le dernier chapitre, l’adaptation visuelle est combinée avec l’administration de certaines substances, notamment la sérotonine (neurotransmetteur) et la fluoxétine (inhibiteur sélectif de recapture de la sérotonine). Ces deux substances produisent un effet similaire en facilitant l’acquisition des stimuli imposés par adaptation. Lorsqu’un stimulus non optimal est présenté en présence de l’une des deux substances, nous observons une augmentation du taux de décharge des neurones en présentant ce stimulus. Nous présentons un modèle neuronal basé sur cette recherche afin d’expliquer les fluctuations du taux de décharge neuronale en présence ou en absence des drogues. Cette thèse présente de nouvelles perspectives quant à la compréhension de l’adaptation des neurones du cortex visuel primaire adulte dans le but de changer leur sélectivité dans un environnement d’apprentissage. Nous montrons qu’il y a un parfait équilibre entre leurs habiletés plastiques et leur dynamique d’homéostasie.

Plasticité du cortex visuel: «homéodynamie» des connexions neuronales et modèle d’effets d’antidépresseurs

Les informations sensorielles sont traitées dans le cortex par des réseaux de neurones co-activés qui forment des assemblées neuronales fonctionnelles. Le traitement visuel dans le cortex est régit par différents aspects des caractéristiques neuronales tels que l’aspect anatomique, électrophysiologique et moléculaire. Au sein du cortex visuel primaire, les neurones sont sélectifs à divers attributs des stimuli tels que l’orientation, la direction, le mouvement et la fréquence spatiale. Chacun de ces attributs conduit à une activité de décharge maximale pour une population neuronale spécifique. Les neurones du cortex visuel ont cependant la capacité de changer leur sélectivité en réponse à une exposition prolongée d’un stimulus approprié appelée apprentissage visuel ou adaptation visuelle à un stimulus non préférentiel. De ce fait, l’objectif principal de cette thèse est d’investiguer les mécanismes neuronaux qui régissent le traitement visuel durant une plasticité induite par adaptation chez des animaux adultes. Ces mécanismes sont traités sous différents aspects : la connectivité neuronale, la sélectivité neuronale, les propriétés électrophysiologiques des neurones et les effets des drogues (sérotonine et fluoxétine). Le modèle testé se base sur les colonnes d’orientation du cortex visuel primaire. La présente thèse est subdivisée en quatre principaux chapitres. Le premier chapitre (A) traite de la réorganisation du cortex visuel primaire suite à une plasticité induite par adaptation visuelle. Le second chapitre (B) examine la connectivité neuronale fonctionnelle en se basant sur des corrélations croisées entre paires neuronales ainsi que sur des corrélations d’activités de populations neuronales. Le troisième chapitre (C) met en liaison les aspects cités précédemment (les effets de l’adaptation visuelle et la connectivité fonctionnelle) aux propriétés électrophysiologiques des neurones (deux classes de neurones sont traitées : les neurones à décharge régulière et les neurones à décharge rapide ou burst). Enfin, le dernier chapitre (D) a pour objectif l’étude de l’effet du couplage de l’adaptation visuelle à l’administration de certaines drogues, notamment la sérotonine et la fluoxétine (inhibiteur sélectif de recapture de la sérotonine). Méthodes En utilisant des enregistrements extracellulaires d’activités neuronales dans le cortex visuel primaire (V1) combinés à un processus d’imagerie cérébrale optique intrinsèque, nous enregistrons l’activité de décharge de populations neuronales et nous examinons l’activité de neurones individuels extraite des signaux multi-unitaires. L’analyse de l’activité cérébrale se base sur différents algorithmes : la distinction des propriétés électrophysiologiques des neurones se fait par calcul de l’intervalle de temps entre la vallée et le pic maximal du potentiel d’action (largeur du potentiel d’action), la sélectivité des neurones est basée sur leur taux de décharge à différents stimuli, et la connectivité fonctionnelle utilise des calculs de corrélations croisées. L’utilisation des drogues se fait par administration locale sur la surface du cortex (après une craniotomie et une durotomie). Résultats et conclusions Dans le premier chapitre, nous démontrons la capacité des neurones à modifier leur sélectivité après une période d’adaptation visuelle à un stimulus particulier, ces changements aboutissent à une réorganisation des cartes corticales suivant un patron spécifique. Nous attribuons ce résultat à la flexibilité de groupes fonctionnels de neurones qui étaient longtemps considérés comme des unités anatomiques rigides. En effet, nous observons une restructuration extensive des domaines d’orientation dans le but de remodeler les colonnes d’orientation où chaque stimulus est représenté de façon égale. Ceci est d’autant plus confirmé dans le second chapitre où dans ce cas, les cartes de connectivité fonctionnelle sont investiguées. En accord avec les résultats énumérés précédemment, les cartes de connectivité montrent également une restructuration massive mais de façon intéressante, les neurones utilisent une stratégie de sommation afin de stabiliser leurs poids de connectivité totaux. Ces dynamiques de connectivité sont examinées dans le troisième chapitre en relation avec les propriétés électrophysiologiques des neurones. En effet, deux modes de décharge neuronale permettent la distinction entre deux classes neuronales. Leurs dynamiques de corrélations distinctes suggèrent que ces deux classes jouent des rôles clés différents dans l’encodage et l’intégration des stimuli visuels au sein d’une population neuronale. Enfin, dans le dernier chapitre, l’adaptation visuelle est combinée avec l’administration de certaines substances, notamment la sérotonine (neurotransmetteur) et la fluoxétine (inhibiteur sélectif de recapture de la sérotonine). Ces deux substances produisent un effet similaire en facilitant l’acquisition des stimuli imposés par adaptation. Lorsqu’un stimulus non optimal est présenté en présence de l’une des deux substances, nous observons une augmentation du taux de décharge des neurones en présentant ce stimulus. Nous présentons un modèle neuronal basé sur cette recherche afin d’expliquer les fluctuations du taux de décharge neuronale en présence ou en absence des drogues. Cette thèse présente de nouvelles perspectives quant à la compréhension de l’adaptation des neurones du cortex visuel primaire adulte dans le but de changer leur sélectivité dans un environnement d’apprentissage. Nous montrons qu’il y a un parfait équilibre entre leurs habiletés plastiques et leur dynamique d’homéostasie.

Sensory chemical pesticide warning system : experimental, summary and recommendations : final report covering the period June 1974-July 1975 /

Mode of access: Internet.

Body, mind, and the sensory gateways.

Mode of access: Internet.

Access to multimedia technology by people with sensory disabilities /

"March 13, 1998."