An approach to a model of the visual cortex: disorders of vision

One of the most challenging problems that must be solved by any theoretical model purporting to explain the competence of the human brain for relational tasks is the one related with the analysis and representation of the internal structure in an extended spatial layout of múltiple objects. In this way, some of the problems are related with specific aims as how can we extract and represent spatial relationships among objects, how can we represent the movement of a selected object and so on. The main objective of this paper is the study of some plausible brain structures that can provide answers in these problems. Moreover, in order to achieve a more concrete knowledge, our study will be focused on the response of the retinal layers for optical information processing and how this information can be processed in the first cortex layers. The model to be reported is just a first trial and some major additions are needed to complete the whole vision process.

Sea Bottom Classification by Means of Bathymetric LIDAR Data

Light Detection and Ranging (LIDAR) provides high horizontal and vertical resolution of spatial data located in point cloud images, and is increasingly being used in a number of applications and disciplines, which have concentrated on the exploit and manipulation of the data using mainly its three dimensional nature. Bathymetric LIDAR systems and data are mainly focused to map depths in shallow and clear waters with a high degree of accuracy. Additionally, the backscattering produced by the different materials distributed over the bottom surface causes that the returned intensity signal contains important information about the reflection properties of these materials. Processing conveniently these values using a Simplified Radiative Transfer Model, allows the identification of different sea bottom types. This paper presents an original method for the classification of sea bottom by means of information processing extracted from the images generated through LIDAR data. The results are validated using a vector database containing benthic information derived by marine surveys.

Multimodal integration of functional and structural brain connectivity. An application to the characterization of Mild Cognitive Impairment

La investigación para el conocimiento del cerebro es una ciencia joven, su inicio se remonta a Santiago Ramón y Cajal en 1888. Desde esta fecha a nuestro tiempo la neurociencia ha avanzado mucho en el desarrollo de técnicas que permiten su estudio. Desde la neurociencia cognitiva hoy se explican muchos modelos que nos permiten acercar a nuestro entendimiento a capacidades cognitivas complejas. Aun así hablamos de una ciencia casi en pañales que tiene un lago recorrido por delante. Una de las claves del éxito en los estudios de la función cerebral ha sido convertirse en una disciplina que combina conocimientos de diversas áreas: de la física, de las matemáticas, de la estadística y de la psicología. Esta es la razón por la que a lo largo de este trabajo se entremezclan conceptos de diferentes campos con el objetivo de avanzar en el conocimiento de un tema tan complejo como el que nos ocupa: el entendimiento de la mente humana. Concretamente, esta tesis ha estado dirigida a la integración multimodal de la magnetoencefalografía (MEG) y la resonancia magnética ponderada en difusión (dMRI). Estas técnicas son sensibles, respectivamente, a los campos magnéticos emitidos por las corrientes neuronales, y a la microestructura de la materia blanca cerebral. A lo largo de este trabajo hemos visto que la combinación de estas técnicas permiten descubrir sinergias estructurofuncionales en el procesamiento de la información en el cerebro sano y en el curso de patologías neurológicas. Más específicamente en este trabajo se ha estudiado la relación entre la conectividad funcional y estructural y en cómo fusionarlas. Para ello, se ha cuantificado la conectividad funcional mediante el estudio de la sincronización de fase o la correlación de amplitudes entre series temporales, de esta forma se ha conseguido un índice que mide la similitud entre grupos neuronales o regiones cerebrales. Adicionalmente, la cuantificación de la conectividad estructural a partir de imágenes de resonancia magnética ponderadas en difusión, ha permitido hallar índices de la integridad de materia blanca o de la fuerza de las conexiones estructurales entre regiones. Estas medidas fueron combinadas en los capítulos 3, 4 y 5 de este trabajo siguiendo tres aproximaciones que iban desde el nivel más bajo al más alto de integración. Finalmente se utilizó la información fusionada de MEG y dMRI para la caracterización de grupos de sujetos con deterioro cognitivo leve, la detección de esta patología resulta relevante en la identificación precoz de la enfermedad de Alzheimer. Esta tesis está dividida en seis capítulos. En el capítulos 1 se establece un contexto para la introducción de la connectómica dentro de los campos de la neuroimagen y la neurociencia. Posteriormente en este capítulo se describen los objetivos de la tesis, y los objetivos específicos de cada una de las publicaciones científicas que resultaron de este trabajo. En el capítulo 2 se describen los métodos para cada técnica que fue empleada: conectividad estructural, conectividad funcional en resting state, redes cerebrales complejas y teoría de grafos y finalmente se describe la condición de deterioro cognitivo leve y el estado actual en la búsqueda de nuevos biomarcadores diagnósticos. En los capítulos 3, 4 y 5 se han incluido los artículos científicos que fueron producidos a lo largo de esta tesis. Estos han sido incluidos en el formato de la revista en que fueron publicados, estando divididos en introducción, materiales y métodos, resultados y discusión. Todos los métodos que fueron empleados en los artículos están descritos en el capítulo 2 de la tesis. Finalmente, en el capítulo 6 se concluyen los resultados generales de la tesis y se discuten de forma específica los resultados de cada artículo. ABSTRACT In this thesis I apply concepts from mathematics, physics and statistics to the neurosciences. This field benefits from the collaborative work of multidisciplinary teams where physicians, psychologists, engineers and other specialists fight for a common well: the understanding of the brain. Research on this field is still in its early years, being its birth attributed to the neuronal theory of Santiago Ramo´n y Cajal in 1888. In more than one hundred years only a very little percentage of the brain functioning has been discovered, and still much more needs to be explored. Isolated techniques aim at unraveling the system that supports our cognition, nevertheless in order to provide solid evidence in such a field multimodal techniques have arisen, with them we will be able to improve current knowledge about human cognition. Here we focus on the multimodal integration of magnetoencephalography (MEG) and diffusion weighted magnetic resonance imaging. These techniques are sensitive to the magnetic fields emitted by the neuronal currents and to the white matter microstructure, respectively. The combination of such techniques could bring up evidences about structural-functional synergies in the brain information processing and which part of this synergy fails in specific neurological pathologies. In particular, we are interested in the relationship between functional and structural connectivity, and how two integrate this information. We quantify the functional connectivity by studying the phase synchronization or the amplitude correlation between time series obtained by MEG, and so we get an index indicating similarity between neuronal entities, i.e. brain regions. In addition we quantify structural connectivity by performing diffusion tensor estimation from the diffusion weighted images, thus obtaining an indicator of the integrity of the white matter or, if preferred, the strength of the structural connections between regions. These quantifications are then combined following three different approaches, from the lowest to the highest level of integration, in chapters 3, 4 and 5. We finally apply the fused information to the characterization or prediction of mild cognitive impairment, a clinical entity which is considered as an early step in the continuum pathological process of dementia. The dissertation is divided in six chapters. In chapter 1 I introduce connectomics within the fields of neuroimaging and neuroscience. Later in this chapter we describe the objectives of this thesis, and the specific objectives of each of the scientific publications that were produced as result of this work. In chapter 2 I describe the methods for each of the techniques that were employed, namely structural connectivity, resting state functional connectivity, complex brain networks and graph theory, and finally, I describe the clinical condition of mild cognitive impairment and the current state of the art in the search for early biomarkers. In chapters 3, 4 and 5 I have included the scientific publications that were generated along this work. They have been included in in their original format and they contain introduction, materials and methods, results and discussion. All methods that were employed in these papers have been described in chapter 2. Finally, in chapter 6 I summarize all the results from this thesis, both locally for each of the scientific publications and globally for the whole work.

Semantic Annotation of RESTful and WFS OGC services

Actualmente, la Web provee un inmenso conjunto de servicios (WS-*, RESTful, OGC WFS), los cuales están normalmente expuestos a través de diferentes estándares que permiten localizar e invocar a estos servicios. Estos servicios están, generalmente, descritos utilizando información textual, sin una descripción formal, es decir, la descripción de los servicios es únicamente sintáctica. Para facilitar el uso y entendimiento de estos servicios, es necesario anotarlos de manera formal a través de la descripción de los metadatos. El objetivo de esta tesis es proponer un enfoque para la anotación semántica de servicios Web en el dominio geoespacial. Este enfoque permite automatizar algunas de las etapas del proceso de anotación, mediante el uso combinado de recursos ontológicos y servicios externos. Este proceso ha sido evaluado satisfactoriamente con un conjunto de servicios en el dominio geoespacial. La contribución principal de este trabajo es la automatización parcial del proceso de anotación semántica de los servicios RESTful y WFS, lo cual mejora el estado del arte en esta área. Una lista detallada de las contribuciones son: • Un modelo para representar servicios Web desde el punto de vista sintáctico y semántico, teniendo en cuenta el esquema y las instancias. • Un método para anotar servicios Web utilizando ontologías y recursos externos. • Un sistema que implementa el proceso de anotación propuesto. • Un banco de pruebas para la anotación semántica de servicios RESTful y OGC WFS. Abstract The Web contains an immense collection of Web services (WS-*, RESTful, OGC WFS), normally exposed through standards that tell us how to locate and invocate them. These services are usually described using mostly textual information and without proper formal descriptions, that is, existing service descriptions mostly stay on a syntactic level. If we want to make such services potentially easier to understand and use, we may want to annotate them formally, by means of descriptive metadata. The objective of this thesis is to propose an approach for the semantic annotation of services in the geospatial domain. Our approach automates some stages of the annotation process, by using a combination of thirdparty resources and services. It has been successfully evaluated with a set of geospatial services. The main contribution of this work is the partial automation of the process of RESTful and WFS semantic annotation services, what improves the current state of the art in this area. The more detailed list of contributions are: • A model for representing Web services. • A method for annotating Web services using ontological and external resources. • A system that implements the proposed annotation process. • A gold standard for the semantic annotation of RESTful and OGC WFS services, and algorithms for evaluating the annotations.

Optical signal impairment study of cascaded optical filters in 40 Gbps DQPSK and 100 Gbps PM-DQPSK systems

Optical filters are crucial elements in optical communications. The influence of cascaded filters in the optical signal will affect the communications quality seriously. In this paper we will study and simulate the optical signal impairment caused by different kinds of filters which include Butterworth, Bessel, Fiber Bragg Grating (FBG) and Fabry-Perot (FP). Optical signal impairment is analyzed from an Eye Opening Penalty (EOP) and optical spectrum point of view. The simulation results show that when the center frequency of all filters aligns with the laser’s frequency, the Butterworth has the smallest influence to the signal while the F-P has the biggest. With a -1dB EOP, the amount of cascaded Butterworth optical filters with a bandwidth of 50 GHz is 18 in 40 Gbps NRZ-DQPSK systems and 12 in 100 Gbps PMNRZ- DQPSK systems. The value is reduced to 9 and 6 respectively for Febry-Perot optical filters. In the situation of frequency misalignment, the impairment caused by filters is more serious. Our research shows that with a frequency deviation of 5 GHz, only 12 and 9 Butterworth optical filters can be cascaded in 40 Gbps NRZ-DQPSK and 100 Gbps PM-NRZ-DQPSK systems respectively. We also study the signal impairment caused by different orders of the Butterworth filter model. Our study shows that although the higher-order has a smaller clipping effect in the transmission spectrum, it will introduce a more serious phase ripple which seriously affects the signal. Simulation result shows that the 2nd order Butterworth filter has the best performance.

Enhancing Guideline-based decision support with distributed computation through local mobile application

We introduce the need for a distributed guideline-based decision sup-port (DSS) process, describe its characteristics, and explain how we implement-ed this process within the European Union?s MobiGuide project. In particular, we have developed a mechanism of sequential, piecemeal projection, i.e., 'downloading' small portions of the guideline from the central DSS server, to the local DSS in the patient's mobile device, which then applies that portion, us-ing the mobile device's local resources. The mobile device sends a callback to the central DSS when it encounters a triggering pattern predefined in the pro-jected module, which leads to an appropriate predefined action by the central DSS, including sending a new projected module, or directly controlling the rest of the workflow. We suggest that such a distributed architecture that explicitly defines a dialog between a central DSS server and a local DSS module, better balances the computational load and exploits the relative advantages of the cen-tral server and of the local mobile device.

Onyx: A Linked Data approach to emotion representation

Extracting opinions and emotions from text is becoming increasingly important, especially since the advent of micro-blogging and social networking. Opinion mining is particularly popular and now gathers many public services, datasets and lexical resources. Unfortunately, there are few available lexical and semantic resources for emotion recognition that could foster the development of new emotion aware services and applications. The diversity of theories of emotion and the absence of a common vocabulary are two of the main barriers to the development of such resources. This situation motivated the creation of Onyx, a semantic vocabulary of emotions with a focus on lexical resources and emotion analysis services. It follows a linguistic Linked Data approach, it is aligned with the Provenance Ontology, and it has been integrated with the Lexicon Model for Ontologies (lemon), a popular RDF model for representing lexical entries. This approach also means a new and interesting way to work with different theories of emotion. As part of this work, Onyx has been aligned with EmotionML and WordNet-Affect.

NARRATIVAS DE EXPERIÊNCIAS VIVIDAS POR DOCENTES E DISCENTES COM USO DE TECNOLOGIA DE INFORMAÇÃO E COMUNICAÇÃO – TDIC NA EDUCAÇÃO BÁSICA

Vivemos um período de transformações políticas, econômicas, sociais e culturais que, a todo instante, nos impõe desafios. Neste contexto, nas últimas décadas, o uso da tecnologia tem sido ampliado na realização de diversas atividades cotidianas, na divulgação de informações, na comunicação, como forma de expressão e organização da sociedade. A escola, enquanto instituição social, precisa reconhecer esta nova realidade, esta diferente possibilidade de aquisição e transformação de saber, para que possa intervir, ressignificar e redirecionar sua ação, a fim de atender as demandas de seu tempo. O objetivo geral desta pesquisa, a partir da apresentação e análise de experiências realizadas com o uso de Tecnologias da Informação e Conhecimento, é o de refletir sobre como inserir estas ferramentas no processo de ensinar e aprender na escola a partir da visão de professores e alunos, visando a formação integral do educando. Deste modo, no desenvolvimento, entendemos como necessário conhecer e considerar o contexto histórico, bem como as perspectivas relacionadas a escola e seus protagonistas (professores e estudantes) na chamada Sociedade da Informação e do Conhecimento. Ressaltamos a importância do docente (sua formação) e seu papel de mediador nos processos de aprendizagem, assim como a recepção à tecnologia, observando função e espaço de atuação desta. Destacamos experiências com a utilização de TDIC, realizada por professores e alunos, como a produção de game, revistas científicas, escrita de histórias, produções artísticas, blogs, vlogs, discussões em grupos presentes em redes sociais. A metodologia utilizada nesta pesquisa é qualitativa, na modalidade de pesquisa-ação e narrativa, em função do envolvimento com o grupo e com as atividades desenvolvidas, nas quais os participantes compartilham com o pesquisador suas histórias pessoais e de aprendizagem relacionadas às ações ou às atividades que realiza, fornecendo informações e indícios relevantes sobre o seu processo de formação ao longo do tempo. A revisão de literatura foi realizada por meio de análise bibliográfica e documental em livros, teses, dissertações, periódicos específicos sobre o assunto, além de artigos publicados na Internet. A coleta de dados foi realizada a partir de conversas informais, entrevistas semiestruturadas e filmagem dos relatos. A análise foi realizada a partir da abordagem hermenêutico-fenomenológica, que busca descrever e interpretar fenômenos da experiência humana, a fim de investigar a essência por meio da identificação de temas. Os resultados apontam para a necessidade e possibilidade da ampliação da utilização de TDIC como recurso no processo de ensino e aprendizagem, por meio de formação, diálogo, interação, intencionalidade, expectativas, esperança e seus desdobramentos.

PADRÕES DE PRODUTIVIDADE EM PESQUISA NA LITERATURA DE FINANÇAS: UM ESTUDO BIBLIOMÉTRICO NOS PRINCIPAIS PERIÓDICOS CIENTÍFICOS NACIONAIS NO PERÍODO DE 2005 A 2014

A Administração Financeira surge no início do século XIX juntamente com o movimento de consolidação das grandes empresas e a formação dos mercados nacionais americano enquanto que no Brasil os primeiros estudos ocorrem a partir da segunda metade do século XX. Desde entãoo país conseguiu consolidar alguns centros de excelência em pesquisa, formar grupo significativo de pesquisadores seniores e expandir as áreas de pesquisa no campo, contudo, ainda são poucos os trabalhos que buscam retratar as características da produtividade científica em Finanças. Buscando contribuir para a melhor compreensão do comportamento produtivo dessa área a presente pesquisa estuda sua produção científica, materializada na forma de artigos digitais, publicados em 24 conceituados periódicos nacionais classificados nos estratos Qualis/CAPES A2, B1 e B2 da Área de Administração, Ciências Contábeis e Turismo. Para tanto são aplicadas a Lei de Bradford, Lei do Elitismo de Price e Lei de Lotka. Pela Lei de Bradford são identificadas três zonas de produtividade sendo o núcleo formado por três revistas, estando uma delas classificada no estrato Qualis/CAPES B2, o que evidencia a limitação de um recorte tendo como único critério a classificação Qualis/CAPES. Para a Lei do Elitismo de Price, seja pela contagem direta ou completa, não identificamos comportamento de uma elite semelhante ao apontado pela teoria e que conta com grande número de autores com apenas uma publicação.Aplicando-se o modelo do Poder Inverso Generalizado, calculado por Mínimos Quadrados Ordinários (MQO), verificamos que produtividade dos pesquisadores, quando feita pela contagem direta, se adequa àquela definida pela Lei de Lotka ao nível de α = 0,01 de significância, contudo, pela contagem completa não podemos confirmar a hipótese de homogeneidade das distribuições, além do fato de que nas duas contagens a produtividade analisada pelo parâmetro n é maior que 2 e, portanto, a produtividade do pesquisadores de finanças é menor que a defendida pela teoria.

O EFEITO DO CONTROLE RESPIRATÓRIO EM VARIÁVEIS ELETROFISIOLÓGICAS DA ATENÇÃO

A prática do ioga tem se tornado cada vez mais popular, não apenas pelos benefícios físicos, mas principalmente pelo bem-estar psicológico trazido pela sua prática. Um dos componentes do ioga é o Prãnãyama, ou controle da respiração. A atenção e a respiração são dois mecanismos fisiológicos e involuntários requeridos para a execução do Prãnãyama. O principal objetivo desse estudo foi verificar se variáveis contínuas do EEG (potência de diferentes faixas que o compõem) seriam moduladas pelo controle respiratório, comparando-se separadamente as duas fases do ciclo respiratório (inspiração e expiração), na situação de respiração espontânea e controlada. Fizeram parte do estudo 19 sujeitos (7 homens/12 mulheres, idade média de 36,89 e DP = ± 14,46) que foram convidados a participar da pesquisa nas dependências da Faculdade de Saúde da Universidade Metodista de São Paulo. Para o registro do eletroencefalograma foi utilizado um sistema de posicionamento de cinco eletrodos Ag AgCl (FPz, Fz, Cz, Pz e Oz) fixados a uma touca de posicionamento rápido (Quick-Cap, Neuromedical Supplies®), em sistema 10-20. Foram obtidos valores de máxima amplitude de potência (espectro de potência no domínio da frequência) nas frequências teta, alfa e beta e delta e calculada a razão teta/beta nas diferentes fases do ciclo respiratório (inspiração e expiração), separadamente, nas condições de respiração espontânea e de controle respiratório. Para o registro do ciclo respiratório, foi utilizada uma cinta de esforço respiratório M01 (Pletismógrafo). Os resultados mostram diferenças significativas entre as condições de respiração espontânea e de controle com valores das médias da razão teta/beta menores na respiração controlada do que na respiração espontânea e valores de média da potência alfa sempre maiores no controle respiratório. Diferenças significativas foram encontradas na comparação entre inspiração e expiração da respiração controlada com diminuição dos valores das médias da razão teta/beta na inspiração e aumento nos valores das médias da potência alfa, sobretudo na expiração. Os achados deste estudo trazem evidências de que o controle respiratório modula variáveis eletrofisiológicas relativas à atenção refletindo um estado de alerta, porém mais relaxado do que na situação de respiração espontânea.

MÍDIAS SOCIAIS DIGITAIS: ESPAÇO DE RELACIONAMENTO E COMUNICAÇÃO ESTRATÉGICA

O trabalho tem como proposta avaliar a postura das organizações nas mídias sociais digitais, considerando o fato de que esses novos ambientes virtuais têm modificado drasticamente a maneira pela qual elas promovem o relacionamento com seus públicos estratégicos. O objetivo principal da pesquisa é identificar e compreender como as organizações se posicionam diante de comentários desfavoráveis nas mídias sociais digitais que possam impactar sua imagem e reputação, bem como mostrar a importância de monitorar constantemente o consumidor e dialogar com ele nos canais digitais para evitar riscos à marca. A metodologia aplicada denomina-se Estudo de Casos Múltiplos, por meio da qual analisaram-se os comentários desfavoráveis às marcas: Vivo, Tim e Oi, na página do Facebook, durante o mês de setembro de 2015. Construiu-se um protocolo de pesquisa, e realizou-se o acompanhamento dessas marcas analisando-lhes os posts e os comentários desfavoráveis coletados no período. Constatou-se, após tais procedimentos que as operadoras apresentam frequentemente dificuldades para se relacionar com os públicos nas mídias sociais digitais, o que as coloca em risco quanto à sua imagem e reputação.

The universal ancestor

A genetic annealing model for the universal ancestor of all extant life is presented; the name of the model derives from its resemblance to physical annealing. The scenario pictured starts when “genetic temperatures” were very high, cellular entities (progenotes) were very simple, and information processing systems were inaccurate. Initially, both mutation rate and lateral gene transfer levels were elevated. The latter was pandemic and pervasive to the extent that it, not vertical inheritance, defined the evolutionary dynamic. As increasingly complex and precise biological structures and processes evolved, both the mutation rate and the scope and level of lateral gene transfer, i.e., evolutionary temperature, dropped, and the evolutionary dynamic gradually became that characteristic of modern cells. The various subsystems of the cell “crystallized,” i.e., became refractory to lateral gene transfer, at different stages of “cooling,” with the translation apparatus probably crystallizing first. Organismal lineages, and so organisms as we know them, did not exist at these early stages. The universal phylogenetic tree, therefore, is not an organismal tree at its base but gradually becomes one as its peripheral branchings emerge. The universal ancestor is not a discrete entity. It is, rather, a diverse community of cells that survives and evolves as a biological unit. This communal ancestor has a physical history but not a genealogical one. Over time, this ancestor refined into a smaller number of increasingly complex cell types with the ancestors of the three primary groupings of organisms arising as a result.

Experience-dependent corticofugal adjustment of midbrain frequency map in bat auditory system

Recent studies of corticofugal modulation of auditory information processing indicate that cortical neurons mediate both a highly focused positive feedback to subcortical neurons “matched” in tuning to a particular acoustic parameter and a widespread lateral inhibition to “unmatched” subcortical neurons. This cortical function for the adjustment and improvement of subcortical information processing is called egocentric selection. Egocentric selection enhances the neural representation of frequently occurring signals in the central auditory system. For our present studies performed with the big brown bat (Eptesicus fuscus), we hypothesized that egocentric selection adjusts the frequency map of the inferior colliculus (IC) according to auditory experience based on associative learning. To test this hypothesis, we delivered acoustic stimuli paired with electric leg stimulation to the bat, because such paired stimuli allowed the animal to learn that the acoustic stimulus was behaviorally important and to make behavioral and neural adjustments based on the acquired importance of the acoustic stimulus. We found that acoustic stimulation alone evokes a change in the frequency map of the IC; that this change in the IC becomes greater when the acoustic stimulation is made behaviorally relevant by pairing it with electrical stimulation; that the collicular change is mediated by the corticofugal system; and that the IC itself can sustain the change evoked by the corticofugal system for some time. Our data support the hypothesis.

Neonatal lead exposure impairs development of rodent barrel field cortex

Childhood exposure to low-level lead can permanently reduce intelligence, but the neurobiologic mechanism for this effect is unknown. We examined the impact of lead exposure on the development of cortical columns, using the rodent barrel field as a model. In all areas of mammalian neocortex, cortical columns constitute a fundamental structural unit subserving information processing. Barrel field cortex contains columnar processing units with distinct clusters of layer IV neurons that receive sensory input from individual whiskers. In this study, rat pups were exposed to 0, 0.2, 1, 1.5, or 2 g/liter lead acetate in their dam's drinking water from birth through postnatal day 10. This treatment, which coincides with the development of segregated columns in the barrel field, produced blood lead concentrations from 1 to 31 μg/dl. On postnatal day 10, the area of the barrel field and of individual barrels was measured. A dose-related reduction in barrel field area was observed (Pearson correlation = −0.740; P < 0.001); mean barrel field area in the highest exposure group was decreased 12% versus controls. Individual barrels in the physiologically more active caudoventral group were affected preferentially. Total cortical area measured in the same sections was not altered significantly by lead exposure. These data support the hypothesis that lead exposure may impair the development of columnar processing units in immature neocortex. We demonstrate that low levels of blood lead, in the range seen in many impoverished inner-city children, cause structural alterations in a neocortical somatosensory map.

A universal scaling law between gray matter and white matter of cerebral cortex

Neocortex, a new and rapidly evolving brain structure in mammals, has a similar layered architecture in species over a wide range of brain sizes. Larger brains require longer fibers to communicate between distant cortical areas; the volume of the white matter that contains long axons increases disproportionally faster than the volume of the gray matter that contains cell bodies, dendrites, and axons for local information processing, according to a power law. The theoretical analysis presented here shows how this remarkable anatomical regularity might arise naturally as a consequence of the local uniformity of the cortex and the requirement for compact arrangement of long axonal fibers. The predicted power law with an exponent of 4/3 minus a small correction for the thickness of the cortex accurately accounts for empirical data spanning several orders of magnitude in brain sizes for various mammalian species, including human and nonhuman primates.