Estudo das alterações microcirculatórias na população idosa comparadas com adultos jovens

O envelhecimento populacional é um fenômeno mundial, assim como o predomínio de mortes por doenças cardiovasculares. Estudos demonstram que o envelhecimento acarreta aumento da rigidez vascular e perturbações na reatividade macrovascular. O presente estudo comparou a microcirculação deste processo com adultos jovens através da pletismografia de oclusão venosa (POV) e da videocapilaroscopia do leito periungueal (VC). Para isto, desenvolveu-se um estudo transversal com dois grupos: idade entre 18 e 30 anos (n=16) e outro grupo com idade igual ou superior a 60 anos (n=21), além da subdivisão deste grupo em três subgrupos: idosas saudáveis (n=8), idosas em tratamento de hipertensão arterial (IDHAS,n=6) e idosas em tratamento de dislipidemia (IDDIS,n=6). Foram realizadas avaliações clínica, antropométrica, bioquímica e microcirculatória. Como resultados, a VC mostrou aumento dos diâmetros capilares aferente, apical e eferente e redução da relação velocidade máxima/ velocidade basal de deslocamento de hemácias para grupo de idosas e todos os subgrupos. A POV revelou diminuição da vasodilatação endotélio-dependente em todos os grupos estudados e a vasodilatação endotélio-independente alterou-se apenas em IDHAS e IDDIS. Como conclusões houve, no envelhecimento, alterações estruturais e funcionais da microcirculação assim como redução da vasodilatação endotélio-dependente. A vasodilatação endotélio-independente manteve-se inalterada, indicando que a célula muscular lisa da parede vascular permanece preservada, porém sofre alterações nos grupos IDHAS e IDDIS.

Condições de saúde bucal em atletas dos XV Jogos Pan-Americanos e III Jogos Parapan-Americanos, Rio de Janeiro, Brasil, 2007

O estudo epidemiológico transversal randomizado objetivou avaliar condições de saúde bucal nos competidores dos XV Jogos Pan-Americanos (JPA) e III Jogos Parapan-Americanos (JPPA), 2007. Foram enviados convites para 5.662 atletas (JPA) e 1.300 (JPPA). Radiografias panorâmicas digitais (RPD) foram utilizadas para o exame de triagem nos 2 eventos, e nos JPPA, os atletas também foram submetidos à avaliação do sangramento gengival interdental (SI) através de uma versão modificada do Índice de Sangramento Interdental de Eastman (EIBI). Foram obtidas RPDs de 410 atletas dos JPA, média de idade 24,38 (dp5,35), 55% homens; e de 118 dos atletas dos JPPA, média de idade de 32,3 (dp9,53), 77,97% homens. 121 competidores (JPPA) foram avaliados para SI: 78,51% homens, média de idade 32,6(dp9,6), e foram separados em grupos (G), conforme sua deficiência física: GI c/ deficiência visual (DV), com 2 subgrupos: GI-a: DV tardia e GI-c-: DV congênita/precoce; GII- deficiência de membro superior; com 1 subgrupo: GII-t: deficiência/ausência bilateral; GIII- deficiência de membro inferior (grupo controle). As RPDs foram examinadas por 1 examinador com o Kodak Dental Imaging(v6.7). A frequência e a distribuição do SI foram calculadas, e os grupos foram comparados. Resultados da triagem com RPDs, representados por número de observações(média por atleta) JPA//número de observações(média por atleta JPPA: Dentes erupcionados/ hígidos: 9097(22,19)//2451(20,77); Ausentes: 803(1,96 //405(3,43); Não erupcionados ou impactados: 330(0,80)//52(0,44); Parcialmente erupcionados e/ou hígidos: 109(0,27)//20(0,17); Cárie extensa: 261(0,64)//62(0,53); Cárie extensa e lesão periapical: 96(0,23)//50(0,42); Tratamento endodôntico e lesão periapical: 24(0,06)//13(0,11); Restaurados: 2298(5,60)//670(5,68); Imagens radiolúcidas patológicas circunscritas: 23(0,06)//0; Raízes-residuais: 27(0,07)//22(0,19); Implantes:6(0,01)//5(0,04); Dentes anteriores fraturados: 13 (0,03)//3(0,03); Molares bandados: 26(0,06)//11(0,09); Dentes anômalos: 7(0,02)//12(0,10). Resultados para SI: G-I>G-III (p=0.0002);GI-c>GI-a (p=0,042). Homens exibiram > freqüência de SI (3,6%+1,7) que mulheres (0,8%+0,5), p<0,01. Conclusões: Os dados das 2 populações de atletas mostraram que há uma grande variação na saúde bucal entre os indivíduos avaliados. Diversas condições com potencial de influenciar o desempenho esportivo dos atletas foram detectadas através de radiografias panorâmicas digitais, sugerindo que um programa de saúde bucal deve ser incluído como parte da preparação destes indivíduos.A avaliação da frequência e distribuição de sangramento gengival interdental em uma população de atletas que competiu nos III Jogos Parapan-Americanos, revelou que o tipo de deficiência ou limitação física dos competidores é um fator que influencia na saúde gengival desses indivíduos. O planejamento de um programa de saúde bucal para esta população deve ser adaptado às diferentes limitações de cada atleta.

Physiological modules for generating discrete and rhythmic movements: action identification by a dynamic recurrent neural network

In this study we employed a dynamic recurrent neural network (DRNN) in a novel fashion to reveal characteristics of control modules underlying the generation of muscle activations when drawing figures with the outstretched arm. We asked healthy human subjects to perform four different figure-eight movements in each of two workspaces (frontal plane and sagittal plane). We then trained a DRNN to predict the movement of the wrist from information in the EMG signals from seven different muscles. We trained different instances of the same network on a single movement direction, on all four movement directions in a single movement plane, or on all eight possible movement patterns and looked at the ability of the DRNN to generalize and predict movements for trials that were not included in the training set. Within a single movement plane, a DRNN trained on one movement direction was not able to predict movements of the hand for trials in the other three directions, but a DRNN trained simultaneously on all four movement directions could generalize across movement directions within the same plane. Similarly, the DRNN was able to reproduce the kinematics of the hand for both movement planes, but only if it was trained on examples performed in each one. As we will discuss, these results indicate that there are important dynamical constraints on the mapping of EMG to hand movement that depend on both the time sequence of the movement and on the anatomical constraints of the musculoskeletal system. In a second step, we injected EMG signals constructed from different synergies derived by the PCA in order to identify the mechanical significance of each of these components. From these results, one can surmise that discrete-rhythmic movements may be constructed from three different fundamental modules, one regulating the co-activation of all muscles over the time span of the movement and two others elliciting patterns of reciprocal activation operating in orthogonal directions.

Physiological modules for generating discrete and rhythmic movements: Component analysis of EMG signals

A central question in Neuroscience is that of how the nervous system generates the spatiotemporal commands needed to realize complex gestures, such as handwriting. A key postulate is that the central nervous system (CNS) builds up complex movements from a set of simpler motor primitives or control modules. In this study we examined the control modules underlying the generation of muscle activations when performing different types of movement: discrete, point-to-point movements in eight different directions and continuous figure-eight movements in both the normal, upright orientation and rotated 90 degrees. To test for the effects of biomechanical constraints, movements were performed in the frontal-parallel or sagittal planes, corresponding to two different nominal flexion/abduction postures of the shoulder. In all cases we measured limb kinematics and surface electromyographic activity (EMB) signals for seven different muscles acting around the shoulder. We first performed principal component analysis (PCA) of the EMG signals on a movement-by-movement basis. We found a surprisingly consistent pattern of muscle groupings across movement types and movement planes, although we could detect systematic differences between the PCs derived from movements performed in each sholder posture and between the principal components associated with the different orientations of the figure. Unexpectedly we found no systematic differences between the figute eights and the point-to-point movements. The first three principal components could be associated with a general co-contraction of all seven muscles plus two patterns of reciprocal activatoin. From these results, we surmise that both "discrete-rhythmic movements" such as the figure eight, and discrete point-to-point movement may be constructed from three different fundamental modules, one regulating the impedance of the limb over the time span of the movement and two others operating to generate movement, one aligned with the vertical and the other aligned with the horizontal.

Structural Synthesis of 3-DoF Spatial Fully Parallel Manipulators

In this paper, the architectures of three degrees of freedom (3-DoF) spatial, fully parallel manipulators (PMs), whose limbs are structurally identical, are obtained systematically. To do this, the methodology followed makes use of the concepts of the displacement group theory of rigid body motion. This theory works with so-called 'motion generators'. That is, every limb is a kinematic chain that produces a certain type of displacement in the mobile platform or end-effector. The laws of group algebra will determine the actual motion pattern of the end-effector. The structural synthesis is a combinatorial process of different kinematic chains' topologies employed in order to get all of the 3-DoF motion pattern possibilities in the end-effector of the fully parallel manipulator.

Hemisferectomia unilateral na vida adulta como modelo para o estudo das assimetrias motoras em camundongos

Em humanos, uma série de estudos vem sugerindo que o hemisfério esquerdo é particularmente importante no controle e execução de movimentos. De modo geral, lesões no hemisfério esquerdo promovem déficits motores mais pronunciados que lesões semelhantes no hemisfério direito. Neste trabalho utilizamos a hemisferectomia unilateral para avaliar a contribuição de cada hemisfério na função motora em camundongos. Camundongos Suíços adultos foram submetidos a hemisferectomia unilateral direita (HD) ou esquerda (HE) ou aos procedimentos de controle. Quinze dias após cirurgia, a coordenação motora de cada animal foi avaliada no teste da locomoção forçada em cilindro giratório (Rotarod). A latência para a queda do grupo controle foi significativamente maior que a do grupo HD e não diferiu da do grupo HE. Para auxiliar a interpretação dos resultados obtidos no ROTAROD, uma parte dos animais foi submetida a uma bateria adicional de testes comportamentais na seguinte seqüência: teste de campo aberto, avaliação qualitativa da assimetria sensório-motora, teste da grade elevada e teste de suspensão pela cauda. De modo interessante, no teste da grade elevada, enquanto o grupo HD apresentou o desempenho da pata traseira esquerda (contralateral à lesão) significativamente pior que o da direita, os grupos Controle e HE não apresentaram diferenças entre as duas patas traseiras. De modo análogo ao observado em humanos, nossos resultados sugerem uma ação assimétrica dos hemisférios cerebrais no controle da função motora em camundongos.

Aplicação do modelo hidrológico SWMM na gestão das águas pluviais urbanas: estudo de caso da bacia hidrográfica do Rio Morto, Rio de Janeiro.

O crescimento da população e dos núcleos urbanos durante o século XX, sobretudo nos países em desenvolvimento, contribuiu para o aumento das áreas impermeáveis das bacias hidrográficas, com impactos importantes nos sistemas de drenagem urbana e na ocorrência de enchentes associadas. As enchentes trazem prejuízos materiais, na saúde e sociais. Recentemente, têm sido propostas práticas conservacionistas e medidas compensatórias, que buscam contribuir para o controle das enchentes urbanas, através do retardo do pico e amortecimento dos hidrogramas. Modelos matemáticos hidrológicos-hidráulicos permitem a simulação da adoção destas medidas de controle, demonstrando e otimizando sua localização. Esta dissertação apresenta os resultados da aplicação do modelo hidrológico Storm Water Management Model (SWMM) à bacia hidrográfica de estudo e representativa do rio Morto localizada em área peri-urbana em Jacarepaguá na cidade do Rio de Janeiro, com área de 9,41 km. O processamento do modelo SWMM foi realizado com o apoio da interface Storm and Sanitary Analysis (SSA), integrada ao sistema AutoCAD Civil 3D. Além da verificação da adequabilidade do modelo à representação dos sistemas hidrológico e hidráulico na bacia, foram desenvolvidos estudos para dois cenários como medidas de controle de enchentes: cenário 1, envolvendo implantação de um reservatório de detenção e, cenário 2, considerando a implantação de reservatórios de águas pluviais nos lotes. Os hidrogramas resultantes foram comparados ao hidrograma resultante da simulação nas condições atuais. Além disso, foram avaliados os custos associados a cada um dos cenários usando o sistema de orçamento da Empresa Rio Águas da PCRJ. Nas simulações foram adotadas a base cartográfica, e os dados climatológicos e hidrológicos previamente observados no contexto do projeto HIDROCIDADES, Rede de Pesquisa BRUM/FINEP, na qual este estudo se insere. Foram representados os processos de geração e propagação do escoamento superficial e de base. Durante o processo de calibração, realizou-se a análise de sensibilidade dos parâmetros, resultando como parâmetros mais sensíveis os relativos às áreas impermeáveis, especialmente o percentual de área impermeável da bacia (Ai). A calibração foi realizada através do ajuste manual de sete parâmetros do escoamento superficial e cinco do escoamento de base para três eventos. Foram obtidos coeficientes de determinação entre 0,52 e 0,64, e a diferença entre os volumes escoados e observados entre 0,60% e 4,96%. Para a validação do modelo foi adotado um evento pluviométrico excepcional observado na cidade em abril de 2010, que à época causou enchentes e grandes transtornos na cidade. Neste caso, o coeficiente de determinação foi igual a 0,78 e a diferença entre volumes foi de 15%. As principais distorções entre hidrogramas observados e simulados foram verificados para as vazões máximas. Em ambos os cenários as enchentes foram controladas. A partir destes estudos, pôde-se concluir que o melhor custo-benefício foi o cenário 2. Para este cenário, foi observado maiores amortecimento e retardo da vazão de pico do hidrograma, igual a 21,51% da vazão simulada para as condições atuais da bacia. Os custos de implantação orçados para os reservatórios de lote ficaram 52% a menos do que o do reservatório de detenção.

Impedance control reduces instability that arises from motor noise.

There is ample evidence that humans are able to control the endpoint impedance of their arms in response to active destabilizing force fields. However, such fields are uncommon in daily life. Here, we examine whether the CNS selectively controls the endpoint impedance of the arm in the absence of active force fields but in the presence of instability arising from task geometry and signal-dependent noise (SDN) in the neuromuscular system. Subjects were required to generate forces, in two orthogonal directions, onto four differently curved rigid objects simulated by a robotic manipulandum. The endpoint stiffness of the limb was estimated for each object curvature. With increasing curvature, the endpoint stiffness increased mainly parallel to the object surface and to a lesser extent in the orthogonal direction. Therefore, the orientation of the stiffness ellipses did not orient to the direction of instability. Simulations showed that the observed stiffness geometries and their pattern of change with instability are the result of a tradeoff between maximizing the mechanical stability and minimizing the destabilizing effects of SDN. Therefore, it would have been suboptimal to align the stiffness ellipse in the direction of instability. The time course of the changes in stiffness geometry suggests that modulation takes place both within and across trials. Our results show that an increase in stiffness relative to the increase in noise can be sufficient to reduce kinematic variability, thereby allowing stiffness control to improve stability in natural tasks.

Synapses with short-term plasticity are optimal estimators of presynaptic membrane potentials.

The trajectory of the somatic membrane potential of a cortical neuron exactly reflects the computations performed on its afferent inputs. However, the spikes of such a neuron are a very low-dimensional and discrete projection of this continually evolving signal. We explored the possibility that the neuron's efferent synapses perform the critical computational step of estimating the membrane potential trajectory from the spikes. We found that short-term changes in synaptic efficacy can be interpreted as implementing an optimal estimator of this trajectory. Short-term depression arose when presynaptic spiking was sufficiently intense as to reduce the uncertainty associated with the estimate; short-term facilitation reflected structural features of the statistics of the presynaptic neuron such as up and down states. Our analysis provides a unifying account of a powerful, but puzzling, form of plasticity.

Rhythm generation in monkey motor cortex explored using pyramidal tract stimulation.

We investigated whether stimulation of the pyramidal tract (PT) could reset the phase of 15-30 Hz beta oscillations observed in the macaque motor cortex. We recorded local field potentials (LFPs) and multiple single-unit activity from two conscious macaque monkeys performing a precision grip task. EMG activity was also recorded from the second animal. Single PT stimuli were delivered during the hold period of the task, when oscillations in the LFP were most prominent. Stimulus-triggered averaging of the LFP showed a phase-locked oscillatory response to PT stimulation. Frequency domain analysis revealed two components within the response: a 15-30 Hz component, which represented resetting of on-going beta rhythms, and a lower frequency 10 Hz response. Only the higher frequency could be observed in the EMG activity, at stronger stimulus intensities than were required for resetting the cortical rhythm. Stimulation of the PT during movement elicited a greatly reduced oscillatory response. Analysis of single-unit discharge confirmed that PT stimulation was capable of resetting periodic activity in motor cortex. The firing patterns of pyramidal tract neurones (PTNs) and unidentified neurones exhibited successive cycles of suppression and facilitation, time locked to the stimulus. We conclude that PTN activity directly influences the generation of the 15-30 Hz rhythm. These PTNs facilitate EMG activity in upper limb muscles, contributing to corticomuscular coherence at this same frequency. Since the earliest oscillatory effect observed following stimulation was a suppression of firing, we speculate that inhibitory feedback may be the key mechanism generating such oscillations in the motor cortex.

Meristic and morphometric studies of Lactarius lactarius (Schneider), off Bombay coast

In Lactarius lactarius off the Bombay coast, the meristic features D VII, D2 I/22, A III/27 vert 23, Gill rakers 12 on lower and 8 on upper limb can be used to characterise the population. Morphometric studies show the positive allometric growth in various body parts of this species. Preanal region and the depth of body grow faster than the head.

A procedure for automatically estimating model parameters in optical motion capture

Model-based optical motion capture systems require knowledge of the position of the markers relative to the underlying skeleton, the lengths of the skeleton's limbs, and which limb each marker is attached to. These model parameters are typically assumed and entered into the system manually, although techniques exist for calculating some of them, such as the position of the markers relative to the skeleton's joints. We present a fully automatic procedure for determining these model parameters. It tracks the 2D positions of the markers on the cameras' image planes and determines which markers lie on each limb before calculating the position of the underlying skeleton. The only assumption is that the skeleton consists of rigid limbs connected with ball joints. The proposed system is demonstrated on a number of real data examples and is shown to calculate good estimates of the model parameters in each. © 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

Mutation analysis of a large Chinese pedigree with congenital preaxial polydactyly

Mutations in the long-range limb-specific cis-regulator (ZRS) could cause ectopic shh gene expression and are responsible for preaxial polydactyly (PPD). In this study, we analyzed a large Chinese isolated autosomal dominant PPD pedigree. By fine mapping

How is somatosensory information used to adapt to changes in the mechanical environment?

Recent studies examining adaptation to unexpected changes in the mechanical environment highlight the use of position error in the adaptation process. However, force information is also available. In this chapter, we examine adaptation processes in three separate studies where the mechanical environment was changed intermittently. We compare the expected consequences of using position error and force information in the changes to motor commands following a change in the mechanical environment. In general, our results support the use of position error over force information and are consistent with current computational models of motor learning. However, in situations where the change in the mechanical environment eliminates position error the central nervous system does not necessarily respond as would be predicted by these models. We suggest that it is necessary to take into account the statistics of prior experience to account for our observations. Another deficiency in these models is the absence of a mechanism for modulating limb mechanical impedance during adaptation. We propose a relatively simple computational model based on reflex responses to perturbations which is capable of accounting for iterative changes in temporal patterns of muscle co-activation.

Learning the dynamics of the external world: Brain inspired learning for robotic applications

Humans have exceptional abilities to learn new skills, manipulate tools and objects, and interact with our environment. In order to be successful at these tasks, our brain has become exceptionally well adapted to learning to deal not only with the complex dynamics of our own limbs but also with novel dynamics in the external world. While learning of these dynamics includes learning the complex time-varying forces at the end of limbs through the updating of internal models, it must also include learning the appropriate mechanical impedance in order to stabilize both the limb and any objects contacted in the environment. This article reviews the field of human learning by examining recent experimental evidence about adaptation to novel unstable dynamics and explores how this knowledge about the brain and neuro-muscular system can expand the learning capabilities of robotics and prosthetics. © 2006.