A brain-computer interface for navigation in virtual reality

L'interface cerveau-ordinateur (ICO) décode les signaux électriques du cerveau requise par l’électroencéphalographie et transforme ces signaux en commande pour contrôler un appareil ou un logiciel. Un nombre limité de tâches mentales ont été détectés et classifier par différents groupes de recherche. D’autres types de contrôle, par exemple l’exécution d'un mouvement du pied, réel ou imaginaire, peut modifier les ondes cérébrales du cortex moteur. Nous avons utilisé un ICO pour déterminer si nous pouvions faire une classification entre la navigation de type marche avant et arrière, en temps réel et en temps différé, en utilisant différentes méthodes. Dix personnes en bonne santé ont participé à l’expérience sur les ICO dans un tunnel virtuel. L’expérience fut a était divisé en deux séances (48 min chaque). Chaque séance comprenait 320 essais. On a demandé au sujets d’imaginer un déplacement avant ou arrière dans le tunnel virtuel de façon aléatoire d’après une commande écrite sur l'écran. Les essais ont été menés avec feedback. Trois électrodes ont été montées sur le scalp, vis-à-vis du cortex moteur. Durant la 1re séance, la classification des deux taches (navigation avant et arrière) a été réalisée par les méthodes de puissance de bande, de représentation temporel-fréquence, des modèles autorégressifs et des rapports d’asymétrie du rythme β avec classificateurs d’analyse discriminante linéaire et SVM. Les seuils ont été calculés en temps différé pour former des signaux de contrôle qui ont été utilisés en temps réel durant la 2e séance afin d’initier, par les ondes cérébrales de l'utilisateur, le déplacement du tunnel virtuel dans le sens demandé. Après 96 min d'entrainement, la méthode « online biofeedback » de la puissance de bande a atteint une précision de classification moyenne de 76 %, et la classification en temps différé avec les rapports d’asymétrie et puissance de bande, a atteint une précision de classification d’environ 80 %.

Étude du traitement visuel simple et complexe chez les enfants autistes

Les personnes ayant un trouble du spectre autistique (TSA) manifestent des particularités perceptives. En vision, des travaux influents chez les adultes ont mené à l’élaboration d’un modèle explicatif du fonctionnement perceptif autistique qui suggère que l’efficacité du traitement visuel varie en fonction de la complexité des réseaux neuronaux impliqués (Hypothèse spécifique à la complexité). Ainsi, lorsque plusieurs aires corticales sont recrutées pour traiter un stimulus complexe (e.g., modulations de texture; attributs de deuxième ordre), les adultes autistes démontrent une sensibilité diminuée. À l’inverse, lorsque le traitement repose principalement sur le cortex visuel primaire V1 (e.g., modulations locales de luminance; attributs de premier ordre), leur sensibilité est augmentée (matériel statique) ou intacte (matériel dynamique). Cette dissociation de performance est spécifique aux TSA et peut s’expliquer, entre autre, par une connectivité atypique au sein de leur cortex visuel. Les mécanismes neuronaux précis demeurent néanmoins méconnus. De plus, on ignore si cette signature perceptuelle est présente à l’enfance, information cruciale pour les théories perceptives de l’autisme. Le premier volet de cette thèse cherche à vérifier, à l’aide de la psychophysique et l’électrophysiologie, si la double dissociation de performance entre les attributs statiques de premier et deuxième ordre se retrouve également chez les enfants autistes d’âge scolaire. Le second volet vise à évaluer chez les enfants autistes l’intégrité des connexions visuelles descendantes impliquées dans le traitement des textures. À cet effet, une composante électrophysiologique reflétant principalement des processus de rétroaction corticale a été obtenue lors d’une tâche de ségrégation des textures. Les résultats comportementaux obtenus à l’étude 1 révèlent des seuils sensoriels similaires entre les enfants typiques et autistes à l’égard des stimuli définis par des variations de luminance et de texture. Quant aux données électrophysiologiques, il n’y a pas de différence de groupe en ce qui concerne le traitement cérébral associé aux stimuli définis par des variations de luminance. Cependant, contrairement aux enfants typiques, les enfants autistes ne démontrent pas une augmentation systématique d’activité cérébrale en réponse aux stimuli définis par des variations de texture pendant les fenêtres temporelles préférentiellement associées au traitement de deuxième ordre. Ces différences d’activation émergent après 200 ms et engagent les aires visuelles extrastriées des régions occipito-temporales et pariétales. Concernant la connectivité cérébrale, l’étude 2 indique que les connexions visuelles descendantes sont fortement asymétriques chez les enfants autistes, en défaveur de la région occipito-temporale droite. Ceci diffère des enfants typiques pour qui le signal électrophysiologique reflétant l’intégration visuo-corticale est similaire entre l’hémisphère gauche et droit du cerveau. En somme, en accord avec l’hypothèse spécifique à la complexité, la représentation corticale du traitement de deuxième ordre (texture) est atypiquement diminuée chez les enfants autistes, et un des mécanismes cérébraux impliqués est une altération des processus de rétroaction visuelle entre les aires visuelles de haut et bas niveau. En revanche, contrairement aux résultats obtenus chez les adultes, il n’y a aucun indice qui laisse suggérer la présence de mécanismes supérieurs pour le traitement de premier ordre (luminance) chez les enfants autistes.

Surveillance non invasive de la réponse neuroimmunitaire fœtale à l’infection

Introduction. In utero, l’infection des membranes maternelles et fœtales, la chorioamniotite, passe souvent inaperçue et, en particulier lorsque associée à une acidémie, due à l’occlusion du cordon ombilical (OCO), comme il se produirait au cours du travail, peut entrainer des lésions cérébrales et avoir des répercussions neurologiques péri - et postnatales à long terme chez le fœtus. Il n'existe actuellement aucun moyen de détecter précocement ces conditions pathologiques in utéro afin de prévenir ou de limiter ces atteintes. Hypothèses. 1)l’électroencéphalogramme (EEG) fœtal obtenu du scalp fœtal pourrait servir d’outil auxiliaire à la surveillance électronique fœtale du rythme cardiaque fœtal (RCF) pour la détection précoce d'acidémie fœtale et d'agression neurologique; 2) la fréquence d’échantillonnage de l’ECG fœtal (ECGf) a un impact important sur le monitoring continu de la Variabilité du Rythme Cardiaque (VRCf) dans la prédiction de l’acidémie fœtale ; 3) les patrons de la corrélation de la VRCf aux cytokines pro-inflammatoires refléteront les états de réponses spontanées versus inflammatoires de la Voie Cholinergique Anti-inflammatoire (VCA); 4) grâce au développement d’un modèle de prédictions mathématiques, la prédiction du pH et de l’excès de base (EB) à la naissance sera possible avec seulement une heure de monitoring d’ECGf. Méthodes. Dans une série d’études fondamentales et cliniques, en utilisant respectivement le mouton et une cohorte de femmes en travail comme modèle expérimental et clinique , nous avons modélisé 1) une situation d’hypoxie cérébrale résultant de séquences d’occlusion du cordon ombilical de sévérité croissante jusqu’à atteindre un pH critique limite de 7.00 comme méthode expérimentale analogue au travail humain pour tester les première et deuxième hypothèses 2) un inflammation fœtale modérée en administrant le LPS à une autre cohorte animale pour vérifier la troisième hypothèse et 3) un modèle mathématique de prédictions à partir de paramètres et mesures validés cliniquement qui permettraient de déterminer les facteurs de prédiction d’une détresse fœtale pour tester la dernière hypothèse. Résultats. Les séries d’OCO répétitives se sont soldés par une acidose marquée (pH artériel 7.35±0.01 à 7.00±0.01), une diminution des amplitudes à l'électroencéphalogramme( EEG) synchronisé avec les décélérations du RCF induites par les OCO accompagnées d'une baisse pathologique de la pression artérielle (PA) et une augmentation marquée de VRCf avec hypoxie-acidémie aggravante à 1000 Hz, mais pas à 4 Hz, fréquence d’échantillonnage utilisée en clinique. L’administration du LPS entraîne une inflammation systémique chez le fœtus avec les IL-6 atteignant un pic 3 h après et des modifications de la VRCf retraçant précisément ce profil temporel des cytokines. En clinique, avec nos cohortes originale et de validation, un modèle statistique basée sur une matrice de 103 mesures de VRCf (R2 = 0,90, P < 0,001) permettent de prédire le pH mais pas l’EB, avec une heure d’enregistrement du RCF avant la poussée. Conclusions. La diminution de l'amplitude à l'EEG suggère un mécanisme d'arrêt adaptatif neuroprotecteur du cerveau et suggère que l'EEG fœtal puisse être un complément utile à la surveillance du RCF pendant le travail à haut risque chez la femme. La VRCf étant capable de détecter une hypoxie-acidémie aggravante tôt chez le fœtus à 1000Hz vs 4 Hz évoque qu’un mode d'acquisition d’ECG fœtal plus sensible pourrait constituer une solution. Des profils distinctifs de mesures de la VRCf, identifiés en corrélation avec les niveaux de l'inflammation, ouvre une nouvelle voie pour caractériser le profil inflammatoire de la réponse fœtale à l’infection. En clinique, un monitoring de chevet de prédiction du pH et EB à la naissance, à partir de mesures de VRCf permettrait des interprétations visuelles plus explicites pour des prises de décision plus exactes en obstétrique au cours du travail.

Efecto de la glicemia materna en la monitoría electrónica fetal

Introducción: Después del ingreso de la monitoría fetal electrónica como estudio de bienestar fetal, se ha considerado por décadas que un aporte de carbohidratos a la gestante antes de la realización de la monitoría fetal influye en el reporte pero existen estudios que consideran que los niveles de glicemia materna no afecta la variabilidad de la monitoría fetal. Metodología: Se realizó un estudio de corte transversal, para evaluar el efecto de la glicemia materna en la monitoría fetal electrónica comparando los valores de glicemia materna con su resultado, según la categorización del ACOG. Las principales variables fueron las horas de ayuno, valores de glicemia, variabilidad de la monitoría fetal y presencia de aceleraciones. Resultados: Se incluyeron un total de 60 pacientes, que ingresaron al servicio de obstetricia y ginecología del Hospital Universitario Mayor Méderi en el periodo de estudio. No se encontraron diferencias estadísticamente significativas entre los resultados de monitoría fetal y los valores de glicemia materna. Ninguna paciente presentó monitoría categoría III (según categorización de la ACOG). Discusión Se requieren estudios analíticos más amplios para evaluar el papel de la glicemia en el resultado de la monitoría, pero el presente estudio sugiere que no existe relación entre la glicemia materna y el resultado de la monitoría fetal electrónica en la categorización del Colegio Americano De Ginecología Y Obstetricia (ACOG).

Estudio descriptivo sobre la pérdida de cabello de patrón femenino en una consulta dermatológica general

La prevalencia de la Pérdida de Cabello de Patrón Femenino (FPHL) aumenta con la edad y no ha sido documentada en la población latinoamericana. Este estudio describe la prevalencia y variables asociadas a la FPHL en una consulta Dermatológica. Métodos: Estudio descriptivo en 99 mujeres mayores de 18 años asistentes a consulta dermatológica con diagnóstico de FPHL. Se realizó una prueba piloto en 22 pacientes, y posteriormente se analizaron los datos de las 99 pacientes acorde a la clasificación de Ludwig, edad, comorbilidades y alteraciones del estado del ánimo. Resultados: La prevalencia estimada de FPHL fue de 20.84%. 43,4% de las pacientes estudiadas pertenecen a edades entre 31 a 49 años; el 50,5% fueron diagnosticadas con FPHL grado II. El 62,6% tienen algún antecedente médico de importancia. El 54,4% manifestaron alguna alteración del estado del ánimo. La totalidad de las pacientes con Grado III tuvieron algún antecedente médico de importancia (ORP= 1,14 IC95% (1; 1,26) (p < 0,05)). De las pacientes con Grado II, el 61,1% presentaron alguna alteración secundaria del estado del ánimo (ORP=2,58 IC95% (1,14; 5,84) (p<0,05)). Conclusiones: Debido al aumento de la FPHL en la población colombiana la cual conlleva a múltiples gastos del sistema salud, se hacen necesarios más estudios con el fin de caracterizar la enfermedad. Se recomienda un estudio con un mayor marco muestral con el fin de caracterizar la prevalencia y las variables relacionadas con la FPHL en toda la población Colombiana.

¿Tenemos libre albedrío? Objeciones empíricas y filosóficas a Benjamin Libet.

Benjamin Libet ha argumentado que cambios específicos en la actividad electroencefalográfica del córtex cerebral son registrados varios cientos de milisegundos antes que las personas tengan la intención consciente para actuar. Según Libet este hallazgo prueba que los movimientos voluntarios se inician de manera inconsciente. Siendo así, pone en duda nuestra percepción de libre albedrío según la cual nosotros somos iniciadores conscientes de nuestras acciones voluntarias. En este artículo haré objeciones empíricas a su modelo experimental argumentando que Libet no mide en realidad lo que él cree que está midiendo y, que el uso de electroencefalografía con electrodo de registro en cuero cabelludo no suministra datos fiables que permitan correlacionar cambios de la actividad cerebral y fenómenos psíquicos. También haré objeciones teóricas a las conclusiones filosóficas derivadas de sus experimentos, argumentado que la acción simple (mover el dedo) no puede ser una acción paradigmática para estudiar libre albedrío y que Libet al no estudiar la naturaleza de las intenciones distales ni su probable rol causal en la formación de intenciones proximales, no puede demostrar que el cerebro decide inconscientemente iniciar la acción. Concluyo que Libet nunca llega a probar que no actuamos por nuestro propio libre albedrío.

The human thalamus processes syntactic and semantic language violations

Numerous linguistic operations have been assigned to cortical brain areas, but the contributions of subcortical structures to human language processing are still being discussed. Using simultaneous EEG recordings directly from deep brain structures and the scalp, we show that the human thalamus systematically reacts to syntactic and semantic parameters of auditorily presented language in a temporally interleaved manner in coordination with cortical regions. In contrast, two key structures of the basal ganglia, the globus pallidus internus and the subthalamic nucleus, were not found to be engaged in these processes. We therefore propose that syntactic and semantic language analysis is primarily realized within cortico-thalamic networks, whereas a cohesive basal ganglia network is not involved in these essential operations of language analysis.

The primary somatosensory cortex largely contributes to the early part of the cortical response elicited by nociceptive stimuli.

Research on the cortical sources of nociceptive laser-evoked brain potentials (LEPs) began almost two decades ago (Tarkka and Treede, 1993). Whereas there is a large consensus on the sources of the late part of the LEP waveform (N2 and P2 waves), the relative contribution of the primary somatosensory cortex (S1) to the early part of the LEP waveform (N1 wave) is still debated. To address this issue we recorded LEPs elicited by the stimulation of four limbs in a large population (n=35). Early LEP generators were estimated both at single-subject and group level, using three different approaches: distributed source analysis, dipolar source modeling, and probabilistic independent component analysis (ICA). We show that the scalp distribution of the earliest LEP response to hand stimulation was maximal over the central-parietal electrodes contralateral to the stimulated side, while that of the earliest LEP response to foot stimulation was maximal over the central-parietal midline electrodes. Crucially, all three approaches indicated hand and foot S1 areas as generators of the earliest LEP response. Altogether, these findings indicate that the earliest part of the scalp response elicited by a selective nociceptive stimulus is largely explained by activity in the contralateral S1, with negligible contribution from the secondary somatosensory cortex (S2).

EEG activation differences in the pre-motor cortex and supplementary motor area between normal individuals with high and low traits of autism

The human mirror neuron system (hMNS) is believed to provide a basic mechanism for social cognition. Event-related desynchronization (ERD) in alpha (8–12 Hz) and low beta band (12–20 Hz) over sensori-motor cortex has been suggested to index mirror neurons' activity. We tested whether autistic traits revealed by high and low scores on the Autistic Quotient (AQ) in the normal population are linked to variations in the electroencephalogram (EEG) over motor, pre-motor cortex and supplementary motor area (SMA) during action observation. Results revealed that in the low AQ group, the pre-motor cortex and SMA were more active during hand action than static hand observation whereas in the high AQ group the same areas were active both during static and hand action observation. In fact participants with high traits of autism showed greater low beta ERD while observing the static hand than those with low traits and this low beta ERD was not significantly different when they watched hand actions. Over primary motor cortex, the classical alpha and low beta ERD during hand actions relative to static hand observation was found across all participants. These findings suggest that the observation–execution matching system works differently according to the degree of autism traits in the normal population and that this is differentiated in terms of the EEG according to scalp site and bandwidth.

Bifurcations and state changes in the human alpha rhythm: Theory and experiment

Despite many decades investigating scalp recordable 8–13-Hz (alpha) electroencephalographic activity, no consensus has yet emerged regarding its physiological origins nor its functional role in cognition. Here we outline a detailed, physiologically meaningful, theory for the genesis of this rhythm that may provide important clues to its functional role. In particular we find that electroencephalographically plausible model dynamics, obtained with physiological admissible parameterisations, reveals a cortex perched on the brink of stability, which when perturbed gives rise to a range of unanticipated complex dynamics that include 40-Hz (gamma) activity. Preliminary experimental evidence, involving the detection of weak nonlinearity in resting EEG using an extension of the well-known surrogate data method, suggests that nonlinear (deterministic) dynamics are more likely to be associated with weakly damped alpha activity. Thus rather than the “alpha rhythm” being an idling rhythm it may be more profitable to conceive it as a readiness rhythm.

Motor imagery-induced EEG patterns in individuals with spinal cord injury and their impact on brain–computer interface accuracy

Objective. Assimilating the diagnosis complete spinal cord injury (SCI) takes time and is not easy, as patients know that there is no ‘cure’ at the present time. Brain–computer interfaces (BCIs) can facilitate daily living. However, inter-subject variability demands measurements with potential user groups and an understanding of how they differ to healthy users BCIs are more commonly tested with. Thus, a three-class motor imagery (MI) screening (left hand, right hand, feet) was performed with a group of 10 able-bodied and 16 complete spinal-cord-injured people (paraplegics, tetraplegics) with the objective of determining what differences were present between the user groups and how they would impact upon the ability of these user groups to interact with a BCI. Approach. Electrophysiological differences between patient groups and healthy users are measured in terms of sensorimotor rhythm deflections from baseline during MI, electroencephalogram microstate scalp maps and strengths of inter-channel phase synchronization. Additionally, using a common spatial pattern algorithm and a linear discriminant analysis classifier, the classification accuracy was calculated and compared between groups. Main results. It is seen that both patient groups (tetraplegic and paraplegic) have some significant differences in event-related desynchronization strengths, exhibit significant increases in synchronization and reach significantly lower accuracies (mean (M) = 66.1%) than the group of healthy subjects (M = 85.1%). Significance. The results demonstrate significant differences in electrophysiological correlates of motor control between healthy individuals and those individuals who stand to benefit most from BCI technology (individuals with SCI). They highlight the difficulty in directly translating results from healthy subjects to participants with SCI and the challenges that, therefore, arise in providing BCIs to such individuals

Motor imagery induced EEG patterns in spinal cord injury patients and their impact on Brain-Computer Interface accuracy

OBJECTIVE: Assimilating the diagnosis complete spinal cord injury (SCI) takes time and is not easy, as patients know that there is no 'cure' at the present time. Brain-computer interfaces (BCIs) can facilitate daily living. However, inter-subject variability demands measurements with potential user groups and an understanding of how they differ to healthy users BCIs are more commonly tested with. Thus, a three-class motor imagery (MI) screening (left hand, right hand, feet) was performed with a group of 10 able-bodied and 16 complete spinal-cord-injured people (paraplegics, tetraplegics) with the objective of determining what differences were present between the user groups and how they would impact upon the ability of these user groups to interact with a BCI. APPROACH: Electrophysiological differences between patient groups and healthy users are measured in terms of sensorimotor rhythm deflections from baseline during MI, electroencephalogram microstate scalp maps and strengths of inter-channel phase synchronization. Additionally, using a common spatial pattern algorithm and a linear discriminant analysis classifier, the classification accuracy was calculated and compared between groups. MAIN RESULTS: It is seen that both patient groups (tetraplegic and paraplegic) have some significant differences in event-related desynchronization strengths, exhibit significant increases in synchronization and reach significantly lower accuracies (mean (M) = 66.1%) than the group of healthy subjects (M = 85.1%). SIGNIFICANCE: The results demonstrate significant differences in electrophysiological correlates of motor control between healthy individuals and those individuals who stand to benefit most from BCI technology (individuals with SCI). They highlight the difficulty in directly translating results from healthy subjects to participants with SCI and the challenges that, therefore, arise in providing BCIs to such individuals.

The Autoimmune Regulator (AIRE), Which Is Defective in Autoimmune Polyendocrinopathy-Candidiasis-Ectodermal Dystrophy Patients, Is Expressed in Human Epidermal and Follicular Keratinocytes and Associates With the Intermediate Filament Protein Cytokeratin 17

Autoimmune polyendocrinopathy-candidiasis-ectodermal dystrophy (APECED) syndrome, which is caused by mutation of the autoimmune regulator (AIRE) gene, is a highly variable disease characterized by multiple endocrine failure, chronic mucocutaneous candidiasis, and various ectodermal defects. AIRE is a transcriptional regulator classically expressed in medullary thymic epithelial cells, monocytes, macrophages, and dendritic cells. Previous studies have suggested that AIRE can shuttle between the nucleus and cytoplasm of cells, although its cytoplasmic functions are poorly characterized. Through mass spectrometry analysis of proteins co-immunoprecipitating with cytoplasmic AIRE, we identified a novel association of AIRE with the intermediate filament protein cytokeratin 17 (K17) in the THP-1 monocyte cell line. We confirmed AIRE expression in HaCaT epidermal keratinocytes, as well as its interaction with K17. Confocal microscopy of human fetal and adult scalp hair follicles demonstrated a cytoplasmic pattern of AIRE staining that moderately colocalized with K17. The cytoplasmic association of AIRE with the intermediate filament network in human epidermal and follicular keratinocytes may provide a new path to understanding the ectodermal abnormalities associated with the APECED syndrome. (Am J Pathol 2011, 178:983-988; DOI: 10.1016/j.ajpath.2010.12.007)

Freqüência e etiologia das dermatomicoses em pacientes atendidos no Hospital Giselda Trigueiro, Natal, RN

Dermatomycoses are fungal infections that attack the skin, hair and nails, in addition to the mucosal and cutaneous-mucosal zones. Objective: Observe the frequency of dermatomycoses, identify etiological agents and establish an association between the results and sex. Age, collection site, time and lesion location. Methods: Between February, 2002 and December, 2004, samples were collected from patients at Giselda Trigueiro Hospital in Natal, Brazil, by lesion scraping and hair removal, following 70% alcohol disinfection, and submitted to direct and culture examination. Results: Of the 817 lesions collected, 325 (39.8%) were fungus positive, with the hair collection site yielding the highest number of positive results (65.8%) and the scalp and hair representing the most frequent lesion sites (65.9%). Negative results occurred mainly in the lower limbs (78.6%). Of the species identified, 55.9% were yeasts, 41.6% dermatophytes and 2.5% Fusarium spp. Non-albicans Candida was the most isolated yeast (43.3%), mainly in females (61.7%) over the age of 40 years (56.4%). T. rubrum was the most isolated dermatophyte (67.9%),notably in males (59.2%) in the 0-20 age group (44.7%). With respect to collection site, 73.9% of the dermatophytes were present in the skin and 61.1% of the yeasts in the nails. When assessing the collection site, the inguinocrural regional was 22.6% positive for dermatophytes, and the nails and hands, 41.8% for yeasts. Conclusions: The results obtained verified that: most of the positive lesions were found in the hair, whereas skin and nail lesions yielded more negative results; T. rubrum was the most isolated dermatophyte and non-albicans candida the most commonly found yeast; positivity was greater in males in the 0-20 year age group at the skin site and in the inguinocrural region, while yeasts were more frequent in females in the over-40 age group at the nail sites

Topography-specific spindle frequency changes in Obstructive Sleep Apnea

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)