Stimulus Integration and Parsing in the Primate Auditory Midbrain

Integrating information from multiple sources is a crucial function of the brain. Examples of such integration include multiple stimuli of different modalties, such as visual and auditory, multiple stimuli of the same modality, such as auditory and auditory, and integrating stimuli from the sensory organs (i.e. ears) with stimuli delivered from brain-machine interfaces.

The overall aim of this body of work is to empirically examine stimulus integration in these three domains to inform our broader understanding of how and when the brain combines information from multiple sources.

First, I examine visually-guided auditory, a problem with implications for the general problem in learning of how the brain determines what lesson to learn (and what lessons not to learn). For example, sound localization is a behavior that is partially learned with the aid of vision. This process requires correctly matching a visual location to that of a sound. This is an intrinsically circular problem when sound location is itself uncertain and the visual scene is rife with possible visual matches. Here, we develop a simple paradigm using visual guidance of sound localization to gain insight into how the brain confronts this type of circularity. We tested two competing hypotheses. 1: The brain guides sound location learning based on the synchrony or simultaneity of auditory-visual stimuli, potentially involving a Hebbian associative mechanism. 2: The brain uses a ‘guess and check’ heuristic in which visual feedback that is obtained after an eye movement to a sound alters future performance, perhaps by recruiting the brain’s reward-related circuitry. We assessed the effects of exposure to visual stimuli spatially mismatched from sounds on performance of an interleaved auditory-only saccade task. We found that when humans and monkeys were provided the visual stimulus asynchronously with the sound but as feedback to an auditory-guided saccade, they shifted their subsequent auditory-only performance toward the direction of the visual cue by 1.3-1.7 degrees, or 22-28% of the original 6 degree visual-auditory mismatch. In contrast when the visual stimulus was presented synchronously with the sound but extinguished too quickly to provide this feedback, there was little change in subsequent auditory-only performance. Our results suggest that the outcome of our own actions is vital to localizing sounds correctly. Contrary to previous expectations, visual calibration of auditory space does not appear to require visual-auditory associations based on synchrony/simultaneity.

My next line of research examines how electrical stimulation of the inferior colliculus influences perception of sounds in a nonhuman primate. The central nucleus of the inferior colliculus is the major ascending relay of auditory information before it reaches the forebrain, and thus an ideal target for understanding low-level information processing prior to the forebrain, as almost all auditory signals pass through the central nucleus of the inferior colliculus before reaching the forebrain. Thus, the inferior colliculus is the ideal structure to examine to understand the format of the inputs into the forebrain and, by extension, the processing of auditory scenes that occurs in the brainstem. Therefore, the inferior colliculus was an attractive target for understanding stimulus integration in the ascending auditory pathway.

Moreover, understanding the relationship between the auditory selectivity of neurons and their contribution to perception is critical to the design of effective auditory brain prosthetics. These prosthetics seek to mimic natural activity patterns to achieve desired perceptual outcomes. We measured the contribution of inferior colliculus (IC) sites to perception using combined recording and electrical stimulation. Monkeys performed a frequency-based discrimination task, reporting whether a probe sound was higher or lower in frequency than a reference sound. Stimulation pulses were paired with the probe sound on 50% of trials (0.5-80 µA, 100-300 Hz, n=172 IC locations in 3 rhesus monkeys). Electrical stimulation tended to bias the animals’ judgments in a fashion that was coarsely but significantly correlated with the best frequency of the stimulation site in comparison to the reference frequency employed in the task. Although there was considerable variability in the effects of stimulation (including impairments in performance and shifts in performance away from the direction predicted based on the site’s response properties), the results indicate that stimulation of the IC can evoke percepts correlated with the frequency tuning properties of the IC. Consistent with the implications of recent human studies, the main avenue for improvement for the auditory midbrain implant suggested by our findings is to increase the number and spatial extent of electrodes, to increase the size of the region that can be electrically activated and provide a greater range of evoked percepts.

My next line of research employs a frequency-tagging approach to examine the extent to which multiple sound sources are combined (or segregated) in the nonhuman primate inferior colliculus. In the single-sound case, most inferior colliculus neurons respond and entrain to sounds in a very broad region of space, and many are entirely spatially insensitive, so it is unknown how the neurons will respond to a situation with more than one sound. I use multiple AM stimuli of different frequencies, which the inferior colliculus represents using a spike timing code. This allows me to measure spike timing in the inferior colliculus to determine which sound source is responsible for neural activity in an auditory scene containing multiple sounds. Using this approach, I find that the same neurons that are tuned to broad regions of space in the single sound condition become dramatically more selective in the dual sound condition, preferentially entraining spikes to stimuli from a smaller region of space. I will examine the possibility that there may be a conceptual linkage between this finding and the finding of receptive field shifts in the visual system.

In chapter 5, I will comment on these findings more generally, compare them to existing theoretical models, and discuss what these results tell us about processing in the central nervous system in a multi-stimulus situation. My results suggest that the brain is flexible in its processing and can adapt its integration schema to fit the available cues and the demands of the task.

Advances in Dynamic Modeling and Computation for Count Data

A class of multi-process models is developed for collections of time indexed count data. Autocorrelation in counts is achieved with dynamic models for the natural parameter of the binomial distribution. In addition to modeling binomial time series, the framework includes dynamic models for multinomial and Poisson time series. Markov chain Monte Carlo (MCMC) and Po ́lya-Gamma data augmentation (Polson et al., 2013) are critical for fitting multi-process models of counts. To facilitate computation when the counts are high, a Gaussian approximation to the P ́olya- Gamma random variable is developed.

Three applied analyses are presented to explore the utility and versatility of the framework. The first analysis develops a model for complex dynamic behavior of themes in collections of text documents. Documents are modeled as a “bag of words”, and the multinomial distribution is used to characterize uncertainty in the vocabulary terms appearing in each document. State-space models for the natural parameters of the multinomial distribution induce autocorrelation in themes and their proportional representation in the corpus over time.

The second analysis develops a dynamic mixed membership model for Poisson counts. The model is applied to a collection of time series which record neuron level firing patterns in rhesus monkeys. The monkey is exposed to two sounds simultaneously, and Gaussian processes are used to smoothly model the time-varying rate at which the neuron’s firing pattern fluctuates between features associated with each sound in isolation.

The third analysis presents a switching dynamic generalized linear model for the time-varying home run totals of professional baseball players. The model endows each player with an age specific latent natural ability class and a performance enhancing drug (PED) use indicator. As players age, they randomly transition through a sequence of ability classes in a manner consistent with traditional aging patterns. When the performance of the player significantly deviates from the expected aging pattern, he is identified as a player whose performance is consistent with PED use.

All three models provide a mechanism for sharing information across related series locally in time. The models are fit with variations on the P ́olya-Gamma Gibbs sampler, MCMC convergence diagnostics are developed, and reproducible inference is emphasized throughout the dissertation.

Robotic Outcome Assessment in a Non-Human Primate Model of Middle Cerebral Artery Stroke

Stroke is a prevalent disorder with immense socioeconomic impact. A variety of chronic neurological deficits result from stroke. In particular, sensorimotor deficits are a significant barrier to achieving post-stroke independence. Unfortunately, the majority of pre-clinical studies that show improved outcomes in animal stroke models have failed in clinical trials. Pre-clinical studies using non-human primate (NHP) stroke models prior to initiating human trials are a potential step to improving translation from animal studies to clinical trials. Robotic assessment tools represent a quantitative, reliable, and reproducible means to assess reaching behaviour following stroke in both humans and NHPs. We investigated the use of robotic technology to assess sensorimotor impairments in NHPs following middle cerebral artery occlusion (MCAO). Two cynomolgus macaques underwent transient MCAO for 90 minutes. Approximately 1.5 years following the procedure these NHPs and two non-stroke control monkeys were trained in a reaching task with both arms in the KINARM exoskeleton. This robot permits elbow and shoulder movements in the horizontal plane. The task required NHPs to make reaching movements from a centrally positioned start target to 1 of 8 peripheral targets uniformly distributed around the first target. We analyzed four movement parameters: reaction time, movement time (MT), initial direction error (IDE), and number of speed maxima to characterize sensorimotor deficiencies. We hypothesized reduced performance in these attributes during a neurobehavioural task with the paretic limb of NHPs following MCAO compared to controls. Reaching movements in the non-affected limbs of control and experimental NHPs showed bell-shaped velocity profiles. In contrast, the reaching movements with the affected limbs were highly variable. We found distinctive patterns in MT, IDE, and number of speed peaks between control and experimental monkeys and between limbs of NHPs with MCAO. NHPs with MCAO demonstrated more speed peaks, longer MTs, and greater IDE in their paretic limb compared to controls. These initial results qualitatively match human stroke subjects’ performance, suggesting that robotic neurobehavioural assessment in NHPs with stroke is feasible and could have translational relevance in subsequent human studies. Further studies will be necessary to replicate and expand on these preliminary findings.

Systematics of African Amphicyonidae, with descriptions of new material from Napak (Uganda) and Grillental (Namibia)

The Early Miocene Napak XV locality (ca 20.5 Ma), Uganda, has yielded an interesting assemblage of fossils, including the very well represented amphicyonid Hecubides euryodon. The remarkable find of a nearly complete mandible, unfortunately with poorly preserved dentition, together with new dental remains allow us to obtain a better idea about the morphology and variability of this species. Additionally, we describe a newly discovered mandible of Hecubides euryodon from the Grillental-VI locality (Sperrgebiet, Namibia), which is the most complete and diagnostic Amphicyonidae material found in this area. Comparisons with Cynelos lemanensis from Saint Gérand le Pouy (France), the type locality, and with an updated sample of the species of amphicyonids described in Africa leads us to validate the genus Hecubides. Hecubides would be phylogenetically related to the medium and large size species of Amphicyonidae from Africa, most of them now grouped into the genera Afrocyon and Myacyon, both endemic to this continent.

Mécanismes psychophysiques et neuronaux de la compensation dynamique de multiples champs de force : facilitation et anticipation liée à des indices de couleur

Dans cette thèse, nous abordons le contrôle moteur du mouvement du coude à travers deux approches expérimentales : une première étude psychophysique a été effectuée chez les sujets humains, et une seconde implique des enregistrements neurophysiologiques chez le singe. Nous avons recensé plusieurs aspects non résolus jusqu’à présent dans l’apprentissage moteur, particulièrement concernant l’interférence survenant lors de l’adaptation à deux ou plusieurs champs de force anti-corrélés. Nous avons conçu un paradigme où des stimuli de couleur aident les sujets à prédire la nature du champ de force externe actuel avant qu’ils ne l’expérimentent physiquement durant des mouvements d’atteinte. Ces connaissances contextuelles faciliteraient l’adaptation à des champs de forces en diminuant l’interférence. Selon le modèle computationnel de l’apprentissage moteur MOSAIC (MOdular Selection And Identification model for Control), les stimuli de couleur aident les sujets à former « un modèle interne » de chaque champ de forces, à s’en rappeler et à faire la transition entre deux champs de force différents, sans interférence. Dans l’expérience psychophysique, quatre groupes de sujets humains ont exécuté des mouvements de flexion/extension du coude contre deux champs de forces. Chaque force visqueuse était associée à une couleur de l’écran de l’ordinateur et les deux forces étaient anti-corrélées : une force résistante (Vr) a été associée à la couleur rouge de l’écran et l’autre, assistante (Va), à la couleur verte de l’écran. Les deux premiers groupes de sujets étaient des groupes témoins : la couleur de l’écran changeait à chaque bloc de 4 essais, tandis que le champ de force ne changeait pas. Les sujets du groupe témoin Va ne rencontraient que la force assistante Va et les sujets du groupe témoin Vr performaient leurs mouvements uniquement contre une force résistante Vr. Ainsi, dans ces deux groupes témoins, les stimuli de couleur n’étaient pas pertinents pour adapter le mouvement et les sujets ne s’adaptaient qu’à une seule force (Va ou Vr). Dans les deux groupes expérimentaux, cependant, les sujets expérimentaient deux champs de forces différents dans les différents blocs d’essais (4 par bloc), associés à ces couleurs. Dans le premier groupe expérimental (groupe « indice certain », IC), la relation entre le champ de force et le stimulus (couleur de l’écran) était constante. La couleur rouge signalait toujours la force Vr tandis que la force Va était signalée par la couleur verte. L’adaptation aux deux forces anti-corrélées pour le groupe IC s’est avérée significative au cours des 10 jours d’entraînement et leurs mouvements étaient presque aussi bien ajustés que ceux des deux groupes témoins qui n’avaient expérimenté qu’une seule des deux forces. De plus, les sujets du groupe IC ont rapidement démontré des changements adaptatifs prédictifs dans leurs sorties motrices à chaque changement de couleur de l’écran, et ceci même durant leur première journée d’entraînement. Ceci démontre qu’ils pouvaient utiliser les stimuli de couleur afin de se rappeler de la commande motrice adéquate. Dans le deuxième groupe expérimental, la couleur de l’écran changeait régulièrement de vert à rouge à chaque transition de blocs d’essais, mais le changement des champs de forces était randomisé par rapport aux changements de couleur (groupe « indice-incertain », II). Ces sujets ont pris plus de temps à s’adapter aux champs de forces que les 3 autres groupes et ne pouvaient pas utiliser les stimuli de couleurs, qui n’étaient pas fiables puisque non systématiquement reliés aux champs de forces, pour faire des changements prédictifs dans leurs sorties motrices. Toutefois, tous les sujets de ce groupe ont développé une stratégie ingénieuse leur permettant d’émettre une réponse motrice « par défaut » afin de palper ou de sentir le type de la force qu’ils allaient rencontrer dans le premier essai de chaque bloc, à chaque changement de couleur. En effet, ils utilisaient la rétroaction proprioceptive liée à la nature du champ de force afin de prédire la sortie motrice appropriée pour les essais qui suivent, jusqu’au prochain changement de couleur d’écran qui signifiait la possibilité de changement de force. Cette stratégie était efficace puisque la force demeurait la même dans chaque bloc, pendant lequel la couleur de l’écran restait inchangée. Cette étude a démontré que les sujets du groupe II étaient capables d’utiliser les stimuli de couleur pour extraire des informations implicites et explicites nécessaires à la réalisation des mouvements, et qu’ils pouvaient utiliser ces informations pour diminuer l’interférence lors de l’adaptation aux forces anti-corrélées. Les résultats de cette première étude nous ont encouragés à étudier les mécanismes permettant aux sujets de se rappeler d’habiletés motrices multiples jumelées à des stimuli contextuels de couleur. Dans le cadre de notre deuxième étude, nos expériences ont été effectuées au niveau neuronal chez le singe. Notre but était alors d’élucider à quel point les neurones du cortex moteur primaire (M1) peuvent contribuer à la compensation d’un large éventail de différentes forces externes durant un mouvement de flexion/extension du coude. Par cette étude, nous avons testé l’hypothèse liée au modèle MOSAIC, selon laquelle il existe plusieurs modules contrôleurs dans le cervelet qui peuvent prédire chaque contexte et produire un signal de sortie motrice approprié pour un nombre restreint de conditions. Selon ce modèle, les neurones de M1 recevraient des entrées de la part de plusieurs contrôleurs cérébelleux spécialisés et montreraient ensuite une modulation appropriée de la réponse pour une large variété de conditions. Nous avons entraîné deux singes à adapter leurs mouvements de flexion/extension du coude dans le cadre de 5 champs de force différents : un champ nul ne présentant aucune perturbation, deux forces visqueuses anti-corrélées (assistante et résistante) qui dépendaient de la vitesse du mouvement et qui ressemblaient à celles utilisées dans notre étude psychophysique chez l’homme, une force élastique résistante qui dépendait de la position de l’articulation du coude et, finalement, un champ viscoélastique comportant une sommation linéaire de la force élastique et de la force visqueuse. Chaque champ de force était couplé à une couleur d’écran de l’ordinateur, donc nous avions un total de 5 couleurs différentes associées chacune à un champ de force (relation fixe). Les singes étaient bien adaptés aux 5 conditions de champs de forces et utilisaient les stimuli contextuels de couleur pour se rappeler de la sortie motrice appropriée au contexte de forces associé à chaque couleur, prédisant ainsi leur sortie motrice avant de sentir les effets du champ de force. Les enregistrements d’EMG ont permis d’éliminer la possibilité de co-contractions sous-tendant ces adaptations, étant donné que le patron des EMG était approprié pour compenser chaque condition de champ de force. En parallèle, les neurones de M1 ont montré des changements systématiques dans leurs activités, sur le plan unitaire et populationnel, dans chaque condition de champ de force, signalant les changements requis dans la direction, l’amplitude et le décours temporel de la sortie de force musculaire nécessaire pour compenser les 5 conditions de champs de force. Les changements dans le patron de réponse pour chaque champ de force étaient assez cohérents entre les divers neurones de M1, ce qui suggère que la plupart des neurones de M1 contribuent à la compensation de toutes les conditions de champs de force, conformément aux prédictions du modèle MOSAIC. Aussi, cette modulation de l’activité neuronale ne supporte pas l’hypothèse d’une organisation fortement modulaire de M1.

Restoring function after neuromuscular trauma: novel paradigms for enhancing volitional control of neural activity in untethered environments and vHAB, a gamified therapy platform

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-08

Spike-timing dependent plasticity and connectivity in primate sensorimotor cortex

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-06

Mécanismes psychophysiques et neuronaux de la compensation dynamique de multiples champs de force : facilitation et anticipation liée à des indices de couleur

Dans cette thèse, nous abordons le contrôle moteur du mouvement du coude à travers deux approches expérimentales : une première étude psychophysique a été effectuée chez les sujets humains, et une seconde implique des enregistrements neurophysiologiques chez le singe. Nous avons recensé plusieurs aspects non résolus jusqu’à présent dans l’apprentissage moteur, particulièrement concernant l’interférence survenant lors de l’adaptation à deux ou plusieurs champs de force anti-corrélés. Nous avons conçu un paradigme où des stimuli de couleur aident les sujets à prédire la nature du champ de force externe actuel avant qu’ils ne l’expérimentent physiquement durant des mouvements d’atteinte. Ces connaissances contextuelles faciliteraient l’adaptation à des champs de forces en diminuant l’interférence. Selon le modèle computationnel de l’apprentissage moteur MOSAIC (MOdular Selection And Identification model for Control), les stimuli de couleur aident les sujets à former « un modèle interne » de chaque champ de forces, à s’en rappeler et à faire la transition entre deux champs de force différents, sans interférence. Dans l’expérience psychophysique, quatre groupes de sujets humains ont exécuté des mouvements de flexion/extension du coude contre deux champs de forces. Chaque force visqueuse était associée à une couleur de l’écran de l’ordinateur et les deux forces étaient anti-corrélées : une force résistante (Vr) a été associée à la couleur rouge de l’écran et l’autre, assistante (Va), à la couleur verte de l’écran. Les deux premiers groupes de sujets étaient des groupes témoins : la couleur de l’écran changeait à chaque bloc de 4 essais, tandis que le champ de force ne changeait pas. Les sujets du groupe témoin Va ne rencontraient que la force assistante Va et les sujets du groupe témoin Vr performaient leurs mouvements uniquement contre une force résistante Vr. Ainsi, dans ces deux groupes témoins, les stimuli de couleur n’étaient pas pertinents pour adapter le mouvement et les sujets ne s’adaptaient qu’à une seule force (Va ou Vr). Dans les deux groupes expérimentaux, cependant, les sujets expérimentaient deux champs de forces différents dans les différents blocs d’essais (4 par bloc), associés à ces couleurs. Dans le premier groupe expérimental (groupe « indice certain », IC), la relation entre le champ de force et le stimulus (couleur de l’écran) était constante. La couleur rouge signalait toujours la force Vr tandis que la force Va était signalée par la couleur verte. L’adaptation aux deux forces anti-corrélées pour le groupe IC s’est avérée significative au cours des 10 jours d’entraînement et leurs mouvements étaient presque aussi bien ajustés que ceux des deux groupes témoins qui n’avaient expérimenté qu’une seule des deux forces. De plus, les sujets du groupe IC ont rapidement démontré des changements adaptatifs prédictifs dans leurs sorties motrices à chaque changement de couleur de l’écran, et ceci même durant leur première journée d’entraînement. Ceci démontre qu’ils pouvaient utiliser les stimuli de couleur afin de se rappeler de la commande motrice adéquate. Dans le deuxième groupe expérimental, la couleur de l’écran changeait régulièrement de vert à rouge à chaque transition de blocs d’essais, mais le changement des champs de forces était randomisé par rapport aux changements de couleur (groupe « indice-incertain », II). Ces sujets ont pris plus de temps à s’adapter aux champs de forces que les 3 autres groupes et ne pouvaient pas utiliser les stimuli de couleurs, qui n’étaient pas fiables puisque non systématiquement reliés aux champs de forces, pour faire des changements prédictifs dans leurs sorties motrices. Toutefois, tous les sujets de ce groupe ont développé une stratégie ingénieuse leur permettant d’émettre une réponse motrice « par défaut » afin de palper ou de sentir le type de la force qu’ils allaient rencontrer dans le premier essai de chaque bloc, à chaque changement de couleur. En effet, ils utilisaient la rétroaction proprioceptive liée à la nature du champ de force afin de prédire la sortie motrice appropriée pour les essais qui suivent, jusqu’au prochain changement de couleur d’écran qui signifiait la possibilité de changement de force. Cette stratégie était efficace puisque la force demeurait la même dans chaque bloc, pendant lequel la couleur de l’écran restait inchangée. Cette étude a démontré que les sujets du groupe II étaient capables d’utiliser les stimuli de couleur pour extraire des informations implicites et explicites nécessaires à la réalisation des mouvements, et qu’ils pouvaient utiliser ces informations pour diminuer l’interférence lors de l’adaptation aux forces anti-corrélées. Les résultats de cette première étude nous ont encouragés à étudier les mécanismes permettant aux sujets de se rappeler d’habiletés motrices multiples jumelées à des stimuli contextuels de couleur. Dans le cadre de notre deuxième étude, nos expériences ont été effectuées au niveau neuronal chez le singe. Notre but était alors d’élucider à quel point les neurones du cortex moteur primaire (M1) peuvent contribuer à la compensation d’un large éventail de différentes forces externes durant un mouvement de flexion/extension du coude. Par cette étude, nous avons testé l’hypothèse liée au modèle MOSAIC, selon laquelle il existe plusieurs modules contrôleurs dans le cervelet qui peuvent prédire chaque contexte et produire un signal de sortie motrice approprié pour un nombre restreint de conditions. Selon ce modèle, les neurones de M1 recevraient des entrées de la part de plusieurs contrôleurs cérébelleux spécialisés et montreraient ensuite une modulation appropriée de la réponse pour une large variété de conditions. Nous avons entraîné deux singes à adapter leurs mouvements de flexion/extension du coude dans le cadre de 5 champs de force différents : un champ nul ne présentant aucune perturbation, deux forces visqueuses anti-corrélées (assistante et résistante) qui dépendaient de la vitesse du mouvement et qui ressemblaient à celles utilisées dans notre étude psychophysique chez l’homme, une force élastique résistante qui dépendait de la position de l’articulation du coude et, finalement, un champ viscoélastique comportant une sommation linéaire de la force élastique et de la force visqueuse. Chaque champ de force était couplé à une couleur d’écran de l’ordinateur, donc nous avions un total de 5 couleurs différentes associées chacune à un champ de force (relation fixe). Les singes étaient bien adaptés aux 5 conditions de champs de forces et utilisaient les stimuli contextuels de couleur pour se rappeler de la sortie motrice appropriée au contexte de forces associé à chaque couleur, prédisant ainsi leur sortie motrice avant de sentir les effets du champ de force. Les enregistrements d’EMG ont permis d’éliminer la possibilité de co-contractions sous-tendant ces adaptations, étant donné que le patron des EMG était approprié pour compenser chaque condition de champ de force. En parallèle, les neurones de M1 ont montré des changements systématiques dans leurs activités, sur le plan unitaire et populationnel, dans chaque condition de champ de force, signalant les changements requis dans la direction, l’amplitude et le décours temporel de la sortie de force musculaire nécessaire pour compenser les 5 conditions de champs de force. Les changements dans le patron de réponse pour chaque champ de force étaient assez cohérents entre les divers neurones de M1, ce qui suggère que la plupart des neurones de M1 contribuent à la compensation de toutes les conditions de champs de force, conformément aux prédictions du modèle MOSAIC. Aussi, cette modulation de l’activité neuronale ne supporte pas l’hypothèse d’une organisation fortement modulaire de M1.

The Use of Mucoadhesive Polymers to Enhance the Hypotensive Effect of a Melatonin Analogue, 5-MCA-NAT, in Rabbit Eyes

Purpose.: 5-Methoxy-carbonylamino-N-acetyltryptamine (5-MCA-NAT, a melatonin receptor agonist) produces a clear intraocular pressure (IOP) reduction in New Zealand White rabbits and glaucomatous monkeys. The goal of this study was to evaluate whether the hypotensive effect of 5-MCA-NAT was enhanced by the presence of cellulose derivatives, some of them with bioadhesive properties, as well as to determine whether these formulations were well tolerated by the ocular surface. Methods.: Formulations were prepared with propylene glycol (0.275%), carboxymethyl cellulose (CMC, 0.5% and 1.0%) of low and medium viscosity and hydroxypropylmethyl cellulose (0.3%). Quantification of 5-MCA-NAT (100 μM) was assessed by HPLC. In vitro tolerance was evaluated by the MTT method in human corneal-limbal epithelial cells and normal human conjunctival cells. In vivo tolerance was analyzed by biomicroscopy and specular microscopy in rabbit eyes. The ocular hypotensive effect was evaluated measuring IOP for 8 hours in rabbit eyes. Results.: All the formulations demonstrated good in vitro and in vivo tolerance. 5-MCA-NAT in CMC medium viscosity 0.5% was the most effective at reducing IOP (maximum IOP reduction, 30.27%), and its effect lasted approximately 7 hours. Conclusions.: The hypotensive effect of 5-MCA-NAT was increased by using bioadhesive polymers in formulations that are suitable for the ocular surface and also protective of the eye in long-term therapies. The use of 5-MCA-NAT combined with bioadhesive polymers is a good strategy in the treatment of ocular hypertension and glaucoma.

A Aplicação da Gestão de Projetos na Indústria Criativa - As Microempresas Nacionais de Animação Digital e Videojogos

Numa sociedade onde a inovação é uma pedra basilar para o sucesso das empresas, a criatividade tornou-se num dos mais valiosos ativos intangíveis e um fator chave decisivo para a generalidade das organizações. Segundo a consultora Augusto Mateus & Associados, com o evoluir da sociedade, todas as indústrias serão “culturais e criativas” (Augusto Mateus & Associados, 2010). As Indústrias Criativas têm vindo a assumir um papel cada vez mais relevante na sociedade atual sendo, nos dias de hoje, uma forte fonte de riqueza e emprego. Uma das áreas que mais se tem revelado através do seu rápido e notório crescimento é o sector da animação e dos videojogos, sendo este atualmente uma das indústrias mais valiosas do mundo. Porém, e apesar desta realidade, a atuação nesta indústria é muitas vezes conturbada, pois o sector caracteriza-se pela elevada competitividade, pelos altos custos de produção e pela grande incerteza. As dificuldades vivenciadas no sector levam a uma crescente preocupação pela procura de métodos de gestão sustentáveis, que permitam reduzir os riscos e a elevada taxa de incerteza. Dado que a maioria das empresas desta área está estruturada por projetos, um dos métodos de gestão mais aplicados é o modelo de gestão de projetos. Contudo, verifica-se que ainda existe uma evidente dificuldade na implementação deste modelo de gestão, em particular, nas empresas pequenas e de estrutura achatada, pois este torna-se muitas vezes burocrático, pesado e difícil de aplicar. Este estudo teve como objetivo principal compreender de forma as empresas nacionais de animação e videojogos gerem os seus projetos, sendo que, para este efeito, foram estudados três casos nacionais: a Nerd Monkeys, a Battlesheep e a Nebula Studios através de uma investigação exploratória dos métodos de gestão de projetos aplicados nas empresas de animação e videojogos. De modo a permitir a recolha da informação necessária para dar respostas aos objetivos definidos para a investigação, foi realizado um questionário e realizadas entrevistas semiestruturadas aos representantes das empresas em estudo. Nesta investigação foi possível aferir que apesar das empresas em estudo aplicarem alguns instrumentos da gestão de projetos, não aplicam nenhum método oficial de forma integral. Apesar de se verificar a utilização de algumas ferramentas de gestão de projetos, os sistemas aplicados dependem na maior parte dos casos do tipo de projeto desenvolvido, existindo algumas variações nos métodos utilizados. Em projetos de tempo mais reduzido e maior simplicidade, verifica-se que a gestão de projetos perde relevância, acabando por muitas vezes não ser aplicada.

Estudio conformacional de péptidos modificados de las proteínas STARP, CelTOS, TRSP y SERA 5 de Plasmodium falciparum y su relación con una respuesta inmune en malaria

El desarrollo de una vacuna contra malaria es un área de exploración activa pero con enormes retos debido especialmente a la complejidad del ciclo del parásito. Así, es necesario bloquear las diferentes etapas de la invasión que tiene el Plasmodium falciparum y extraer de ellas la mayor información posible de la artillería que utiliza para su ataque. Para esto, péptidos de las proteínas STARP, CelTOS y TRSP (del esporozoito) y SERA 5 (del merozoito) que tienen alta afinidad de unión a células HepG2 y a glóbulos rojos respectivamente (conocidos como cHABPs), han sido modificados (conocidos como mHABPs), sintetizados y evaluados a nivel de respuesta inmune en monos Aotus así como estudiados en su conformación estructural por RMN de 1H. Los resultados muestran que los péptidos nativos no son inmunogénicos, pero pueden inducir altos títulos de anticuerpos cuando sus residuos críticos o sus vecinos son reemplazados por otro con un volumen y masa similar, pero diferente polaridad. El estudio conformacional pone de manifiesto que las estructuras de los péptidos nativos son diferentes de sus péptidos modificados ya sea que muestren regiones estructuradas más cortas o más largas o que no presenten ninguna, en comparación con sus análogos modificados altamente inmunogénicos. Las características estereoquímicas particulares en las cadenas laterales de algunos residuos de aminoácidos de estos péptidos modificados así como los rasgos fisicoquímicos parecen jugar un rol importante en la respuesta inmune apropiada cuando estos fueron inmunizados en grupos de monos Aotus confiriendo un avance al diseño de una vacuna contra malaria totalmente eficaz.

Lie symmetries in cortical inspired CNNs

Our scope in this thesis is to propose architectures of CNNs in such a way to model the early visual pathway, including the Lateral Geniculate Nucleus and the Horizontal Connectivity of the primary visual cortex. Moreover, we will show how cortically inspired architectures allow to perform contrast perceptual invariance as well as grouping and the emergence of visual percepts. Particularly, the LGN is modeled with a first layer l0 containing a single filter Ψ0 that pre-filters the image I. Since the RPs of the LGN cells can be modeled as a LoG, we expect to obtain a radially symmetric filter with a similar shape; to this end, we prove the rotational invariance of Ψ0 and we study the influence of this filter to the subsequent layer. Indeed, we compare the statistic distribution of the filters in the second layer l1 of our architecture with the statistic distribution of the RPs of V1 cells of a macaque. Then, we model the horizontal connectivity of V1 implementing a transition kernel K1 to the layer l1. In this setting, we study the vector fields and the association fields induced by the connectivity kernel K1. To this end, we first approximate the filters bank in l1 with a Gabor function and use the parameters just found to re-parameterize the kernel. Thanks to this step, the kernel is now re-parameterized into a sub-Riemmanian space R2 × S1. Now we are able to compare the vector and association fields induced by K1 with the models of the horizontal connectivity.