Texture discriminability in monkey inferotemporal cortex predicts human texture perception

Shape and texture are both important properties of visual objects, but texture is relatively less understood. Here, we characterized neuronal responses to discrete textures in monkey inferotemporal (IT) cortex and asked whether they can explain classic findings in human texture perception. We focused on three classic findings on texture discrimination: 1) it can be easy or hard depending on the constituent elements; 2) it can have asymmetries, and 3) it is reduced for textures with randomly oriented elements. We recorded neuronal activity from monkey inferotemporal (IT) cortex and measured texture perception in humans for a variety of textures. Our main findings are as follows: 1) IT neurons show congruent selectivity for textures across array size; 2) textures that were easy for humans to discriminate also elicited distinct patterns of neuronal activity in monkey IT; 3) texture pairs with asymmetries in humans also exhibited asymmetric variation in firing rate across monkey IT; and 4) neuronal responses to randomly oriented textures were explained by an average of responses to homogeneous textures, which rendered them less discriminable. The reduction in discriminability of monkey IT neurons predicted the reduced discriminability in humans during texture discrimination. Taken together, our results suggest that texture perception in humans is likely based on neuronal representations similar to those in monkey IT.

Coding of relative size in monkey inferotemporal cortex

We seldom mistake a closer object as being larger, even though its retinal image is bigger. One underlying mechanism could be to calculate the size of the retinal image relative to that of another nearby object. Here we set out to investigate whether single neurons in the monkey inferotemporal cortex (IT) are sensitive to the relative size of parts in a display. Each neuron was tested on shapes containing two parts that could be conjoined or spatially separated. Each shape was presented in four versions created by combining the two parts at each of two possible sizes. In this design, neurons sensitive to the absolute size of parts would show the greatest response modulation when both parts are scaled up, whereas neurons encoding relative size would show similar responses. Our main findings are that 1) IT neurons responded similarly to all four versions of a shape, but tuning tended to be more consistent between versions with proportionately scaled parts; 2) in a subpopulation of cells, we observed interactions that resulted in similar responses to proportionately scaled parts; 3) these interactions developed together with sensitivity to absolute size for objects with conjoined parts but developed slightly later for objects with spatially separate parts. Taken together, our results demonstrate for the first time that there is a subpopulation of neurons in IT that encodes the relative size of parts in a display, forming a potential neural substrate for size constancy.

Dynamics of 3D view invariance in monkey inferotemporal cortex

Rotations in depth are challenging for object vision because features can appear, disappear, be stretched or compressed. Yet we easily recognize objects across views. Are the underlying representations view invariant or dependent? This question has been intensely debated in human vision, but the neuronal representations remain poorly understood. Here, we show that for naturalistic objects, neurons in the monkey inferotemporal (IT) cortex undergo a dynamic transition in time, whereby they are initially sensitive to viewpoint and later encode view-invariant object identity. This transition depended on two aspects of object structure: it was strongest when objects foreshortened strongly across views and were similar to each other. View invariance in IT neurons was present even when objects were reduced to silhouettes, suggesting that it can arise through similarity between external contours of objects across views. Our results elucidate the viewpoint debate by showing that view invariance arises dynamically in IT neurons out of a representation that is initially view dependent.

Simultaneously targeting inflammatory response and parasite sequestration in brain to treat Experimental Cerebral Malaria

Malaria afflicts around 200 million people annually, with a mortality number close to 600,000. The mortality rate in Human Cerebral Malaria (HCM) is unacceptably high (15-20%), despite the availability of artemisinin-based therapy. An effective adjunct therapy is urgently needed. Experimental Cerebral Malaria (ECM) in mice manifests many of the neurological features of HCM. Migration of T cells and parasite-infected RBCs (pRBCs) into the brain are both necessary to precipitate the disease. We have been able to simultaneously target both these parameters of ECM. Curcumin alone was able to reverse all the parameters investigated in this study that govern inflammatory responses, CD8(+) T cell and pRBC sequestration into the brain and blood brain barrier (BBB) breakdown. But the animals eventually died of anemia due to parasite build-up in blood. However, arteether-curcumin (AC) combination therapy even after the onset of symptoms provided complete cure. AC treatment is a promising therapeutic option for HCM.

Early astrocytic atrophy in the entorhinal cortex of a triple transgenic animal model of Alzheimer's disease

The EC (entorhinal cortex) is fundamental for cognitive and mnesic functions. Thus damage to this area appears as a key element in the progression of AD (Alzheimer's disease), resulting in memory deficits arising from neuronal and synaptic alterations as well as glial malfunction. In this paper, we have performed an in-depth analysis of astroglial morphology in the EC by measuring the surface and volume of the GFAP (glial fibrillary acidic protein) profiles in a triple transgenic mouse model of AD [3xTg-AD (triple transgenic mice of AD)]. We found significant reduction in both the surface and volume of GFAP-labelled profiles in 3xTg-AD animals from very early ages (1 month) when compared with non-Tg (non-transgenic) controls (48 and 54%, reduction respectively), which was sustained for up to 12 months (33 and 45% reduction respectively). The appearance of Lambda beta (amyloid beta-peptide) depositions at 12 months of age did not trigger astroglial hypertrophy; nor did it result in the close association of astrocytes with senile plaques. Our results suggest that the AD progressive cognitive deterioration can be associated with an early reduction of astrocytic arborization and shrinkage of the astroglial domain, which may affect synaptic connectivity within the EC and between the EC and other brain regions. In addition, the EC seems to be particularly vulnerable to AD pathology because of the absence of evident astrogliosis in response to A beta accumulation. Thus we can consider that targeting astroglial atrophy may represent a therapeutic strategy which might slow down the progression of AD.

Contributions of parietal cortex to reach planning

Sensory-motor circuits course through the parietal cortex of the human and monkey brain. How parietal cortex manipulates these signals has been an important question in behavioral neuroscience. This thesis presents experiments that explore the contributions of monkey parietal cortex to sensory-motor processing, with an emphasis on the area's contributions to reaching. First, it is shown that parietal cortex is organized into subregions devoted to specific movements. Area LIP encodes plans to make saccadic eye movements. A nearby area, the parietal reach region (PRR), plans reaches. A series of experiments are then described which explore the contributions of PRR to reach planning. Reach plans are represented in an eye-centered reference frame in PRR. This representation is shown to be stable across eye movements. When a sequence of reaches is planned, only the impending movement is represented in PRR, showing that the area is more related to movement planning than to storing the memory of reach targets. PRR resembles area LIP in each of these properties: the two areas may provide a substrate for hand-eye coordination. These findings yield new perspectives on the functions of the parietal cortex and on the organization of sensory-motor processing in primate brains.

Estudio de caso: intervención en el área de educación física para avanzar en la inclusión de un alumno con parálisis cerebral

En este trabajo se propone mediante dos sesiones de Educación Física, la inclusión educativa de un alumno con parálisis cerebral mediante actividades y juegos. Previa a esta programación, se destaca la relevancia que tiene la inclusión a nivel social y el eco que está logrando en la comunidad educativa. Centrándonos en su análisis conceptual y haciendo referencia al alumnado con necesidades educativas especiales, se numeran la infinidad de beneficios existentes para todo el grupo. Analizados sus beneficios y teniendo en cuenta las adaptaciones necesarias, se presentan las actividades mencionadas con anterioridad y se resaltan las conclusiones extraídas.

Efeitos da administração de inibidores de fosfodiesterases na reversão da hiperatividade de camundongos expostos ao etanol no período correspondente ao terceiro trimestre de gestação em humanos

O consumo de etanol durante a gestação é um grave problema de saúde pública. Durante o desenvolvimento, o sistema nervoso é especialmente susceptível aos efeitos tóxicos do etanol e a exposição ao etanol durante este período pode gerar um amplo espectro de distúrbios neurocomportamentais, sendo o mais frequente, a hiperatividade. Recentemente, estudos têm sugerido que distúrbios na plasticidade neuronal podem estar relacionados com a hiperatividade. Os inibidores de PDE são drogas que agem impedindo a degradação de segundos mensageiros celulares como AMPc e GMPc, mantendo a ativação de proteínas quinases e de fatores de transcrição como o CREB, levando a expressão de genes relacionados à plasticidade. Neste trabalho, avaliamos através do teste de campo aberto se a administração de Vinpocetina ou Rolipram (inibidores de PDE) seria capaz de amenizar ou reverter a hiperatividade de camundongos Suíços expostos ao etanol no período correspondente ao terceiro trimestre de gestação humana. Para tanto, foram realizadas duas etapas: na primeira etapa, durante o período neonatal, os animais receberam injeções intraperitoneais de etanol (5g/Kg em solução salina a 25%, no 2, 4, 6 e 8 dias de vida pós-natal - PN2 a PN8) ou de salina, e 4 horas antes do teste comportamental no campo aberto (10 min), em PN30, receberam Vinpocetina (10mg/Kg ou 20mg/Kg diluídas em DMSO ip) ou somente DMSO ip. Na segunda etapa, os animais foram expostos ao etanol ou à salina no período neonatal nas mesmas condições da primeira etapa e no dia do teste comportamental receberam Rolipram (0,5mg/Kg diluídas em DMSO ip ou somente DMSO ip). Posteriormente aos testes, foram coletados o córtex cerebral frontal e o hipocampo dos animais para avaliação dos níveis de AMPc. Os resultados comportamentais indicam que somente o tratamento com Vinpocetina (20mg/Kg) reverteu a hiperatividade de camundongos expostos ao etanol, resultado que não foi observado com o tratamento com Rolipram. Desta forma, a dosagem dos níveis de AMPc foi realizada apenas nos animais que receberam injeção de Vinpocetina (20mg/Kg). A exposição neonatal ao etanol reduziu significativamente os níveis de AMPc no córtex e no hipocampo. O tratamento com Vinpocetina gerou um aumento nos níveis de AMPc no córtex e restaurou estes níveis no hipocampo. Nossos resultados sugerem que a reversão da hiperatividade pelo tratamento com Vinpocetina pode estar associada ao aumento da plasticidade neural induzida por esta droga.

Segurança na deglutição de pacientes disfágicos pós acidente vascular cerebral: contribuições do enfermeiro

Trata da temática do paciente portador de acidente vascular cerebral, especificamente das ações do enfermeiro para a prevenção das complicações decorrentes da disfagia após um acidente vascular cerebral no atendimento domiciliar. Objetivou-se propor ações de enfermagem que garantam uma deglutição segura em pacientes com disfagia pós-AVC a partir dos dados obtidos junto a pacientes usuários do SAD. Pesquisa desenvolvida no serviço de atendimento domiciliar de um hospital público do Rio de Janeiro com 30 sujeitos. Aplicou-se um instrumento, que descreveu dados sócio-laboriais, presença de disfagia e a consistência dos alimentos ingeridos pelos pacientes. Resultados: dezessete pacientes desenvolveram a disfagia, caracterizando-se como idosos, 76,47% foram do sexo feminino, a média de idade foi de 73,6 ( 9,55). A maioria com ensino fundamental completo (76,48%) e aposentados (70,59%). Todos são hipertensos e a metade diabéticos (58,82%). Com relação ao tipo de AVC, todos tiveram AVC isquêmico, sendo 58,82% um episódio e 41,18% dois episódios. A prevalência da disfagia é de 57%. Não há associação entre a idade e a disfagia e sua presença não dependeu da frequência de episódios de AVC. Pacientes com dois fatores de risco, hipertensão e diabetes apresentam maior prevalência de disfagia para líquidos do que para alimentos sólidos ou ambos. O enfermeiro deve realizar orientações em relação ao ambiente, posicionamento do paciente, aos materiais e utensílios a serem usados na alimentação, quantidade, temperatura e consistência do alimento. Informações como cabeceira elevada, colher de sobremesa para administração de dietas com volume de 3 a 5 ml, além do uso de espessantes para gerar uma consistência segura na deglutição, são fundamentais para garantir o mínimo de complicações. É importante também que a família participe de todo o processo de recuperação do paciente. Considerações finais: após o AVC, a disfagia merece atenção por gerar complicações como a aspiração e a pneumonia, o que serve para nortear o planejamento e orientações de enfermagem direcionadas a limitar o efeito dessa sequela, assim como a possibilidade de realização de pesquisas que tratem de conhecer o que os enfermeiros podem fazer no domicílio dos pacientes disfágicos de forma a melhorar o desempenho nas atividades diárias de vida.

Neural Prosthetics and Parietal Cortex

In the last decade, research efforts into directly interfacing with the neurons of individuals with motor deficits have increased. The goal of such research is clear: Enable individuals affected by paralysis or amputation to regain control of their environments by manipulating external devices with thought alone. Though the motor cortices are the usual brain areas upon which neural prosthetics depend, research into the parietal lobe and its subregions, primarily in non-human primates, has uncovered alternative areas that could also benefit neural interfaces. Similar to the motor cortical areas, parietal regions can supply information about the trajectories of movements. In addition, the parietal lobe also contains cognitive signals like movement goals and intentions. But, these areas are also known to be tuned to saccadic eye movements, which could interfere with the function of a prosthetic designed to capture motor intentions only. In this thesis, we develop and examine the functionality of a neural prosthetic with a non-human primate model using the superior parietal lobe to examine the effectiveness of such an interface and the effects of unconstrained eye movements in a task that more closely simulates clinical applications. Additionally, we examine methods for improving usability of such interfaces.

The parietal cortex is also believed to contain neural signals relating to monitoring of the state of the limbs through visual and somatosensory feedback. In one of the world’s first clinical neural prosthetics based on the human parietal lobe, we examine the extent to which feedback regarding the state of a movement effector alters parietal neural signals and what the implications are for motor neural prosthetics and how this informs our understanding of this area of the human brain.

Alteración de lípidos en la enfermedad de Alzheimer. Estudio en tejido cerebral humano postmortem mediante MALDI-IMS.

En el presente estudio, se analizó la distribución lipídica de 3 áreas de hipocampo (CA1, subiculum y giro dentado) en muestras cerebrales de pacientes con enfermedad de Alzheimer y se comparó con muestras de sujetos sin patología neurológica. Las muestras de tejido de cerebro humano postmortem de la región de hipocampo, fueron procesadas mediante la técnica MALDI-IMS.

Cerebral hemodynamics during graded Valsalva maneuvers

The Valsalva maneuver (VM) produces large and abrupt changes in mean arterial pressure (MAP) that challenge cerebral blood flow and oxygenation. We examined the effect of VM intensity on middle cerebral artery blood velocity (MCAv) and cortical oxygenation responses during (phases I-III) and following (phase IV) a VM. Healthy participants (n = 20 mean +/- SD: 27 +/- 7 years) completed 30 and 90% of their maximal VM mouth pressure for 10 s (order randomized) whilst standing. Beat-to-beat MCAv, cerebral oxygenation (NIRS) and MAP across the different phases of the VM are reported as the difference from standing baseline. There were significant interaction (phase * intensity) effects for MCAv, total oxygenation index (TOI) and MAP (all P < 0.01). MCAv decreased during phases II and III (P < 0.01), with the greatest decrease during phase III (-5 +/- 8 and -19 +/- 15 cm.s(-1) for 30 and 90% VM, respectively). This pattern was also evident in TOI (phase III: -1 +/- 1 and -5 +/- 4%, both P < 0.05). Phase IV increased MCAv (22 +/- 15 and 34 +/- 23 cm.s(-1)), MAP (15 +/- 14 and 24 +/- 17 mm Hg) and TOI (5 +/- 6 and 7 +/- 5%) relative to baseline (all P < 0.05). Cerebral autoregulation, indexed, as the % MCAv/%MAP ratio, showed a phase effect only (P < 0.001), with the least regulation during phase IV (2.4 +/- 3.0 and 3.2 +/- 2.9). These data illustrate that an intense VM profoundly affects cerebral hemodynamics, with a reactive hyperemia occurring during phase IV following modest ischemia during phases II and III.

Redução de peso na prevenção primária de acidente vascular cerebral

Como as doenças cardiovasculares (DCV) constituem a principal causa de morte na maioria dos países e as tendências de mortalidade não se apresentam totalmente elucidadas nos países em desenvolvimento, torna-se adequado explorar a evolução da mortalidade das DCV, dando ênfase ao acidente vascular cerebral (AVC) no Brasil. Devido à prevalência de AVC e também devido à associação causal entre sobrepeso ou obesidade e AVC não ser clara, é importante avaliar o efeito da perda de peso na prevenção primária de AVC. Baseado no fato do rimonabant ser a primeira droga de uma nova classe de medicamentos promissora não apenas na redução de peso, mas por sua influência sobre os fatores de risco cardiovascular, torna-se pertinente estabelecer sua eficácia e segurança. Inicialmente, para traçar um panorama sobre a epidemiologia das DCV no Brasil, com ênfase em AVC, foram realizados dois estudos com as tendências temporais de mortalidade por DCV ao longo das três últimas décadas, investigando as diferenças entre as regiões do país e entre indivíduos de diversas faixas etárias e de ambos os sexos, (artigo I e II). Além disso, duas revisões sistemáticas foram realizadas: uma para avaliar o efeito da perda de peso na prevenção primária de AVC; a segunda para investigar o uso do medicamento rimonabant no tratamento da obesidade (artigo III e IV). As taxas de mortalidade de AVC diminuíram substancialmente nas últimas três décadas, de 68,2 a 40,9 por 100 000 habitantes. Essa redução foi detectada em ambos os sexos de todas as faixas etárias, e nas diferentes regiões do país, sendo mais acentuadas nas regiões mais ricas (artigo I). A mesma tendência foi observada nas demais DCV, que em geral apresentaram uma redução anual média de 3,9%. As maiores reduções foram encontradas para AVC (média de 4,0% ao ano) seguido por doença coronariana (média de 3,6% ao ano) (artigo II). Não existem estudos avaliando o efeito da redução de peso na prevenção primária de AVC (artigo III). Houve um efeito doseresposta com o uso do rimonabant: comparado com placebo, 20 mg da droga produziu uma redução de peso maior (4,9 kg) em 4 ensaios clínicos com duração de 1 ano. Foram observadas melhoras nos marcadores de risco cardiovascular. Porém 5 mg comparado com placebo mostrou apenas uma redução de 1,3 kg a mais do peso. A maior dose também provocou maiores efeitos adversos. Perdas no seguimento foram de aproximadamente 40% (artigo IV). Durante as últimas décadas, a mortalidade por DCV em geral e AVC diminiu consistentemente no Brasil, porém a magnitude do declínio variou de acordo com as diferenças socioeconômicas. Amplas intervenções poderiam ter mais êxito se planejadas de acordo com as desigualdades sociais e diferenças culturais. Os achados apontam para a necessidade da realização de ensaios clínicos randomizados controlados avaliando a perda de peso na prevenção primária do AVC, devido à alta relevância dessa condição. Como intervenções não são totamente eficazes no tratamento da obesidade, a prevenção, englobando um conjunto articulado de ações, permanece a forma mais eficiente de controlá-la. O medicamento rimonabant apresentou modesta perda de peso, porém os resultados obtidos devem ser interpretados com cautela de acordo com as deficiências na qualidade metodológica apresentadas por todos os estudos. São necessárias pesquisas de alta qualidade para avaliar a eficácia e a segurança do rimonabant em períodos mais longos.