A kinesin motor in a force-producing conformation.

BACKGROUND: Kinesin motors hydrolyze ATP to produce force and move along microtubules, converting chemical energy into work by a mechanism that is only poorly understood. Key transitions and intermediate states in the process are still structurally uncharacterized, and remain outstanding questions in the field. Perturbing the motor by introducing point mutations could stabilize transitional or unstable states, providing critical information about these rarer states. RESULTS: Here we show that mutation of a single residue in the kinesin-14 Ncd causes the motor to release ADP and hydrolyze ATP faster than wild type, but move more slowly along microtubules in gliding assays, uncoupling nucleotide hydrolysis from force generation. A crystal structure of the motor shows a large rotation of the stalk, a conformation representing a force-producing stroke of Ncd. Three C-terminal residues of Ncd, visible for the first time, interact with the central beta-sheet and dock onto the motor core, forming a structure resembling the kinesin-1 neck linker, which has been proposed to be the primary force-generating mechanical element of kinesin-1. CONCLUSIONS: Force generation by minus-end Ncd involves docking of the C-terminus, which forms a structure resembling the kinesin-1 neck linker. The mechanism by which the plus- and minus-end motors produce force to move to opposite ends of the microtubule appears to involve the same conformational changes, but distinct structural linkers. Unstable ADP binding may destabilize the motor-ADP state, triggering Ncd stalk rotation and C-terminus docking, producing a working stroke of the motor.

Molecular mapping of movement-associated areas in the avian brain: a motor theory for vocal learning origin.

Vocal learning is a critical behavioral substrate for spoken human language. It is a rare trait found in three distantly related groups of birds-songbirds, hummingbirds, and parrots. These avian groups have remarkably similar systems of cerebral vocal nuclei for the control of learned vocalizations that are not found in their more closely related vocal non-learning relatives. These findings led to the hypothesis that brain pathways for vocal learning in different groups evolved independently from a common ancestor but under pre-existing constraints. Here, we suggest one constraint, a pre-existing system for movement control. Using behavioral molecular mapping, we discovered that in songbirds, parrots, and hummingbirds, all cerebral vocal learning nuclei are adjacent to discrete brain areas active during limb and body movements. Similar to the relationships between vocal nuclei activation and singing, activation in the adjacent areas correlated with the amount of movement performed and was independent of auditory and visual input. These same movement-associated brain areas were also present in female songbirds that do not learn vocalizations and have atrophied cerebral vocal nuclei, and in ring doves that are vocal non-learners and do not have cerebral vocal nuclei. A compilation of previous neural tracing experiments in songbirds suggests that the movement-associated areas are connected in a network that is in parallel with the adjacent vocal learning system. This study is the first global mapping that we are aware for movement-associated areas of the avian cerebrum and it indicates that brain systems that control vocal learning in distantly related birds are directly adjacent to brain systems involved in movement control. Based upon these findings, we propose a motor theory for the origin of vocal learning, this being that the brain areas specialized for vocal learning in vocal learners evolved as a specialization of a pre-existing motor pathway that controls movement.

Specialized motor-driven dusp1 expression in the song systems of multiple lineages of vocal learning birds.

Mechanisms for the evolution of convergent behavioral traits are largely unknown. Vocal learning is one such trait that evolved multiple times and is necessary in humans for the acquisition of spoken language. Among birds, vocal learning is evolved in songbirds, parrots, and hummingbirds. Each time similar forebrain song nuclei specialized for vocal learning and production have evolved. This finding led to the hypothesis that the behavioral and neuroanatomical convergences for vocal learning could be associated with molecular convergence. We previously found that the neural activity-induced gene dual specificity phosphatase 1 (dusp1) was up-regulated in non-vocal circuits, specifically in sensory-input neurons of the thalamus and telencephalon; however, dusp1 was not up-regulated in higher order sensory neurons or motor circuits. Here we show that song motor nuclei are an exception to this pattern. The song nuclei of species from all known vocal learning avian lineages showed motor-driven up-regulation of dusp1 expression induced by singing. There was no detectable motor-driven dusp1 expression throughout the rest of the forebrain after non-vocal motor performance. This pattern contrasts with expression of the commonly studied activity-induced gene egr1, which shows motor-driven expression in song nuclei induced by singing, but also motor-driven expression in adjacent brain regions after non-vocal motor behaviors. In the vocal non-learning avian species, we found no detectable vocalizing-driven dusp1 expression in the forebrain. These findings suggest that independent evolutions of neural systems for vocal learning were accompanied by selection for specialized motor-driven expression of the dusp1 gene in those circuits. This specialized expression of dusp1 could potentially lead to differential regulation of dusp1-modulated molecular cascades in vocal learning circuits.

The incidence of unacceptable movement with motor evoked potentials during craniotomy for aneurysm clipping.

OBJECTIVE: To review the experience at a single institution with motor evoked potential (MEP) monitoring during intracranial aneurysm surgery to determine the incidence of unacceptable movement. METHODS: Neurophysiology event logs and anesthetic records from 220 craniotomies for aneurysm clipping were reviewed for unacceptable patient movement or reason for cessation of MEPs. Muscle relaxants were not given after intubation. Transcranial MEPs were recorded from bilateral abductor hallucis and abductor pollicis muscles. MEP stimulus intensity was increased up to 500 V until evoked potential responses were detectable. RESULTS: Out of 220 patients, 7 (3.2%) exhibited unacceptable movement with MEP stimulation-2 had nociception-induced movement and 5 had excessive field movement. In all but one case, MEP monitoring could be resumed, yielding a 99.5% monitoring rate. CONCLUSIONS: With the anesthetic and monitoring regimen, the authors were able to record MEPs of the upper and lower extremities in all patients and found only 3.2% demonstrated unacceptable movement. With a suitable anesthetic technique, MEP monitoring in the upper and lower extremities appears to be feasible in most patients and should not be withheld because of concern for movement during neurovascular surgery.

Mapping the structure of perceptual and visual-motor abilities in healthy young adults.

The ability to quickly detect and respond to visual stimuli in the environment is critical to many human activities. While such perceptual and visual-motor skills are important in a myriad of contexts, considerable variability exists between individuals in these abilities. To better understand the sources of this variability, we assessed perceptual and visual-motor skills in a large sample of 230 healthy individuals via the Nike SPARQ Sensory Station, and compared variability in their behavioral performance to demographic, state, sleep and consumption characteristics. Dimension reduction and regression analyses indicated three underlying factors: Visual-Motor Control, Visual Sensitivity, and Eye Quickness, which accounted for roughly half of the overall population variance in performance on this battery. Inter-individual variability in Visual-Motor Control was correlated with gender and circadian patters such that performance on this factor was better for males and for those who had been awake for a longer period of time before assessment. The current findings indicate that abilities involving coordinated hand movements in response to stimuli are subject to greater individual variability, while visual sensitivity and occulomotor control are largely stable across individuals.

Similar prevalence and magnitude of auditory-evoked and visually evoked activity in the frontal eye fields: implications for multisensory motor control.

Saccadic eye movements can be elicited by more than one type of sensory stimulus. This implies substantial transformations of signals originating in different sense organs as they reach a common motor output pathway. In this study, we compared the prevalence and magnitude of auditory- and visually evoked activity in a structure implicated in oculomotor processing, the primate frontal eye fields (FEF). We recorded from 324 single neurons while 2 monkeys performed delayed saccades to visual or auditory targets. We found that 64% of FEF neurons were active on presentation of auditory targets and 87% were active during auditory-guided saccades, compared with 75 and 84% for visual targets and saccades. As saccade onset approached, the average level of population activity in the FEF became indistinguishable on visual and auditory trials. FEF activity was better correlated with the movement vector than with the target location for both modalities. In summary, the large proportion of auditory-responsive neurons in the FEF, the similarity between visual and auditory activity levels at the time of the saccade, and the strong correlation between the activity and the saccade vector suggest that auditory signals undergo tailoring to match roughly the strength of visual signals present in the FEF, facilitating accessing of a common motor output pathway.

Capacitación extrauniversitaria propuesta de aprendizaje para una nueva realidad tecnológica

p.87-94

Análisis didáctico y formación inicial de profesores: competencias y capacidades en el aprendizaje de los escolares

En este trabajo precisamos el significado de los términos capacidad y competencia en el marco de un programa de formación inicial de profesores de matemáticas de secundaria. Describimos brevemente las bases de ese programa y, a continuación, presentamos y ejemplificamos un procedimiento mediante el cual los futuros profesores reflexionan en torno al aprendizaje de los escolares y usan esas nociones cuando abordan la planificación de una unidad didáctica.

La derivada a la caratheodory, una nueva concepción en el aprendizaje y la enseñanza del calculo

A nivel educativo la noción de derivada se enseña en los cursos regulares de cálculo, pero por lo general, siempre en la forma en que fue definida por Cauchy, lo que implica un procedimiento se hace necesario hacer una factorización. Constantin Caratheodory establece una definición diferente. Esta definición presenta tres aspectos didácticos destacados: Nos muestra que el proceso de acercamiento de las pendientes de las secantes a la pendiente de la tangente es continuo y por tanto, la continuidad es esencial para la derivabilidad, la segunda parte se refiere a la facilidad de la derivación como un proceso de factorización repetitivo y no como cálculo de límites, así como simplicidad en la demostración de teoremas de linealidad, regla de la cadena, algebra de derivadas (suma, producto y cociente), aplicado a funciones polinómicas de valor real y la tercera es que a nivel escolar se generan alternativas en la enseñanza del cálculo a través de la implementación de conceptos nuevos, con el fin de evitar procedimientos tediosos que se tienen con las definiciones tradicionales como la de Cauchy.

Reinventando el currículo y los escenarios de aprendizaje de las matemáticas, de la espacialidad. Un estudio desde la perspectiva de la Educación Matemática crítica

Este curso presenta un avance en la construcción de escenarios educativos para el aprendizaje de las matemáticas desde el cual se ofrece posibilidades a los estudiantes para encontrar las razones del por qué y para qué del propósito del proceso educativo. Los escenarios de aprendizaje construidos son las relaciones entre espacialidad, identidad y territorialidad, y la cual integra como eje temático contenidos de áreas curriculares como ciencias naturales, educación física, matemáticas, ciencias sociales y lenguaje. Esta relación permite identificar problemas que tienen contenidos importantes desde una perspectiva del aprendizaje, de la importancia sociológica de aprender en la escuela y de la posición misma de los niños.

Las ciencias naturales como contexto para el aprendizaje de las matemáticas mediadas por Cabri y otras tecnologías computacionales: experiencias de aula

La propuesta que hoy presentamos, es el resultado de varios años de implementación del proyecto liderado por el Ministerio de Educación, las Universidades y algunas Secretarías de Educación, conocido como Incorporación de Nuevas Tecnologías al Currículo de las Matemáticas de la Educación Básica y Media de Colombia con la mediación de los Software Interactivos como Cabri y los accesorios externos como sensores para toma de datos. Al definir el objeto de las matemáticas, encontramos que su aprendizaje no sólo se basa en formar el espíritu lógico, sino también proporcionar herramientas para la solución de problemas reales. Por lo tanto, se debe combinar el rigor lógico con la funcionalidad, puesto que además de la lógica formal las matemáticas proporcionan también un poderoso conjunto de herramientas que posibilitan describir, explicar, predecir y modelar situaciones no sólo del mundo científico, sino también de la vida cotidiana (significación). Es por esto, que juega un papel importante implementar en su didáctica, el referirla al mundo de la naturaleza, de las otras ciencias (interdisciplinariedad), y de la cotidianidad del hombre. Es fácil ver los nexos que tienen las Ciencias Naturales con el mundo extraescolar, lo que permite construir el conocimiento a partir de proyectos en donde se manipule en forma directa el mundo real. Las temáticas que se trabajan en esta propuesta además de permitir lo anterior, proporcionan el estudio formal de las matemáticas y el desarrollo de sus diferentes pensamientos. Los ejes temáticos trabajados son: Cinemática, Luz, Electricidad, Calor y Energía y propiedades químicas de las sustancias, entre otras.

Relación de las prácticas evaluativas con los procesos de enseñanza y aprendizaje en el área de matemáticas

Actualmente el sistema educativo brinda autonomía a las instituciones en materia de evaluación, lo que conlleva a replantear las prácticas evaluativas en procura de determinar la efectividad de la apropiación de los desempeños de los estudiantes. Además, se hace necesario hacer una revisión pedagógica que reflexione acerca de las actuaciones de los docentes frente a la evaluación del aprendizaje de sus estudiantes, de manera que puedan ser caracterizadas y revaluadas para mejorar los procesos de enseñanza al interior de su quehacer cotidiano, de esta manera nuestra investigación pretende dar respuesta al siguiente interrogante: ¿Cómo se relacionan las prácticas evaluativas de los docentes con los procesos de la enseñanza y el aprendizaje de la matemática escolar en secundaria y media?, para ello tendremos en cuenta otras preguntas orientadoras, tales como: ¿Qué entiende el profesor por evaluación del aprendizaje? ¿Qué evalúa el profesor de matemáticas en secundaria? ¿Cómo realiza dicha evaluación? ¿Para qué realiza la evaluación en matemáticas? ¿Qué uso le da a los resultados de la misma? ¿Quiénes intervienen en el proceso de la evaluación en matemáticas? ¿Qué relación se puede establecer entre la triada enseñar, aprender y evaluar en matemáticas?

Equilibrar algo desequilibrado:los estándares del NCTM a la luz de las teorías del aprendizaje de las matemáticas

Este artículo es respuesta a la pregunta formulada por Jeremy Kilpatrick, "¿Qué dicen la investigación y la teoría acerca de la enseñanza y el aprendizaje de las matemáticas que se plasman en los documentos de los Estándares [del NCTM] y en varias de las críticas hechas a ellos?" (Kilpatrick, 1997). Me centro aquí en aquellas necesidades de los alumnos, que según las teorías disponibles, son la fuerza conductora que subyace al aprendizaje humano y debe ser lograda si se quiere que éste tenga éxito. En este artículo se identifican diez de tales necesidades. Mi análisis se basa en el supuesto de que todas ellas son universales aunque se puedan expresar de modos diferentes en diferentes individuos y en diferentes edades. Para cada una de las diez necesidades se consideran cuatro preguntas: ¿qué sabemos acerca de esta necesidad?, ¿cómo enfrentan esta necesidad los Estándares del NCTM?, ¿qué puede resultar mal al implementar las recomendaciones de los Estándares?, ¿qué se puede hacer para prevenir esto? A lo largo del artículo, señalo ciertos dilemas inherentes al proyecto de enseñar matemáticas y sostengo que aunque algunos de los problemas no parezcan solubles, quizás su impacto se pueda reducir considerablemente con sólo mantenernos conscientes de su existencia. Este artículo se ha dividido en dos partes para su presentación en la Revista. Aquí se incluye lo referente a las cinco primeras necesidades identificadas; en el siguiente número se expondrá lo relativo a las otras necesidades.

Equilibrar algo desequilibrado: los estándares del NCTM a la luz de las teorías del aprendizaje de las matemáticas (segunda parte)

Esta es la segunda parte del artículo1 cuya presentación se inició en el número anterior de esta revista (pp. 95-140). Se incluye aquí lo referente a otras cinco necesidades de los alumnos, que según las teorías disponibles, son una fuerza conductora que subyace al aprendizaje humano y debe ser lograda si se quiere que éste tenga éxito. Para cada una de tales necesidades se consideran cuatro preguntas: ¿qué sabemos acerca de esta necesidad?, ¿cómo enfrentan esta necesidad los Estándares del NCTM?, ¿qué puede resultar mal al implementar las recomendaciones de los Estándares?, ¿qué se puede hacer para prevenir esto?.

Organización del aprendizaje en programas funcionales de formación de profesores de matemáticas

Algunos programas funcionales de formación de profesores pretenden ofrecer oportunidades para que los profesores en formación desarrollen capacidades y competencias que les permitan utilizar nociones didácticas con el propósito de analizar un tema, producir información acerca de él y utilizar esa información para diseñar, implementar y evaluar una unidad didáctica. En este trabajo, presentamos nuestra posición sobre los procesos de aprendizaje de los profesores en formación en programas de formación de carácter funcional. Nos basamos en esta posición para fundamentar las estrategias que utilizamos para organizar el aprendizaje en un programa concreto de formación de profesores de matemáticas en ejercicio de educación básica secundaria y educación media en Colombia.