Vibrational spectra of α-amino acids in the zwitterionic state in aqueous solution and the solid state: DFT calculations and the influence of hydrogen bonding

The zwitterionic forms of the two simplest alpha-amino acids, glycine and l-alanine, in aqueous solution and the solid state have been modeled by DFT calculations. Calculations of the structures in the solid state, using PW91 or PBE functionals, are in good agreement with the reported crystal structures, and the vibrational spectra computed at the optimized geometries provide a good fit to the observed IR and Raman spectra in the solid state. DFT calculations of the structures and vibrational spectra of the zwitterions in aqueous solution at the B3-LYP/cc-pVDZ level were found to require both explicit and implicit solvation models. Explicit solvation was modeled by inclusion of five hydrogen-bonded water molecules attached to each of the five possible hydrogen-bonding sites in the zwitterion and the integration equation formalism polarizable continuum model (IEF-PCM) was employed, providing a satisfactory fit to observed IR and Raman spectra. Band assignments are reported in terms of potential-energy distributions, which differ in some respects to those previously reported for glycine and l-alanine.

Pathways to state-selective control of vibrational wavepackets in the deuterium molecular ion

The capability of intense ultrashort laser pulses to initiate, control and image vibrational wavepacket dynamics in the deuterium molecular ion has been simulated with a view to inform and direct future femtosecond pump-control-probe experiments. The intense-field coherent control of the vibrational superposition has been studied as a function of pulse intensity and delay time, to provide an indication of key constraints for experimental studies. For selected cases of the control mechanism, probing of the subsequent vibrational wavepacket dynamics has been simulated via the photodissociation (PD) channel. Such PD probing is shown to elucidate the modified wavepacket dynamics where the position of the quantum revival is sensitive to the control process. Through Fourier transform analysis the PD yield is also shown to provide a characterisation of the vibrational distribution. It has been shown that a simple 'critical R cut-off' approximation can be used to reproduce the effect of a probe pulse interaction, providing a convenient and efficient alternative to intensive computer simulations of the PD mechanism in the deuterium molecular ion.

The neurobiology of meditation for the control of pain

La douleur est une expérience multidimensionnelle comportant des aspects sensoriels, émotionnels et cognitifs. Il a été montré que cette expérience peut être modulée par des facteurs psychologiques ou des interventions cognitives comme l’attention, la distraction, l’hypnose ou les attentes. La tradition orientale suggère également que la pratique de la méditation pourrait avoir des effets analgésiques. D’un point de vue théorique, plusieurs mécanismes pourraient expliquer ces effets. Cependant, très peu d’études ont testé ces hypothèses. Les études présentées dans cette thèse avaient donc pour objectif d’examiner les mécanismes analgésiques de la méditation. Dans un premier temps, une étude psychophysique a été réalisée afin de comparer les réponses à la douleur entre des adeptes de la méditation Zen et des sujets contrôles, dans différentes conditions attentionnelles. Durant la condition attentionnelle de type « mindful », les adeptes de la méditation ont présenté une plus faible sensibilité à la douleur, des réponses attentionnelles à la douleur atypiques et une diminution de la perception de la douleur associée à l’entraînement à la méditation. Une deuxième étude a été réalisée en imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) avec des groupes de participants similaires. Dans une condition sans méditation, les adeptes de la méditation ont présenté de plus fortes réponses nociceptives dans les régions primaires de la douleur. Les régions cérébrales associées aux processus d’évaluation, à la mémoire et aux émotions ont quant à elles montré une diminution d’activité. De plus, cette diminution était plus importante chez les adeptes de la méditation les plus expérimentés et elle était associée à des évaluations de douleur plus faibles. Par ailleurs, des changements de connectivité fonctionnelle entre le cortex préfrontal et une région primaires de la douleur étaient associés à la sensibilité à la douleur chez les adeptes de la méditation. Finalement, une étude d’imagerie cérébrale structurale (publiée comme deux études séparées) a été réalisée pour examiner les différences d’épaisseur corticale entre les groupes, pour des régions associées à la douleur. Les adeptes de la méditation ont présenté une épaisseur plus importante de matière grise dans plusieurs régions associées à la douleur et l’attention. De plus, ces différences étaient associées à une mesure expérientielle de l’attention, à la sensibilité à la douleur et à l’expérience de méditation. Dans l’ensemble, ces résultats suggèrent que la méditation pourrait influencer la perception de la douleur par des changements fonctionnels et physiques dans le cerveau. De plus, le patron d’activation et la modulation de l’expérience paraissent uniques en comparaison à ceux d’autres interventions, ce qui suggère qu’un état de détachement et un focus mental favorisent la dissociation entre les aspects désagréables et sensoriels d’un stimulus nociceptif.

Effect of mindfulness meditation on the neural substrates of emotion processing and resting state in experienced and beginner meditators

La méditation par le ‘mindfulness’ favorise la stabilité émotionelle, mais les mécanismes neuroneux qui sous-tendent ces effets sont peu connus. Ce projet investiga l’effet du ‘mindfulness’ sur les réponses cérébrales et subjectives à des images négatives, positives et neutres chez des méditants expérimentés et des débutants au moyen de l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf). Le ‘mindfulness’ atténua l’intensité émotionelle via différents mécanismes cérébraux pour chaque groupe. Comparés aux méditants, les débutants manifestèrent une déactivation de l’amygdale en réponse aux stimuli émotifs durant le ‘mindfulness’. Comparés aux débutants, les méditants exhibèrent une déactivation de régions du réseau du mode par défaut (RMD) pendant le ‘mindfulness’ pour tous stimuli (cortex médian préfrontal [CMP], cortex cingulaire postérieur [CCP]). Le RMD est constitué de régions fonctionnellement connectées, activées au repos et déactivées lors de tâches explicites. Cependant, nous ne connaissons pas les impacts de l’entraînement par la méditation sur la connectivité entre régions du RMD et si ces effets persistent au-delà d’un état méditatif. La connectivité fonctionnelle entre régions du RMD chez les méditants et débutants au repos fut investiguée au moyen de l’IRMf. Comparés aux débutants, les méditants montrèrent une connectivité affaiblie entre subdivisions du CMP, et une connectivité accrue entre le lobule pariétal inférieur et trois regions du RMD. Ces résultats reflètent que les bienfaits immédiats du ‘mindfulness’ sur la psychopathologie pourraient être dûs à une déactivation de régions limbiques impliquées dans la réactivité émotionelle. De plus, les bienfaits à long-terme de la méditation sur la stabilité émotionelle pourrait être dûs à une déactivation de régions corticales et cingulaires impliquées dans l’évaluation de la signification émotive et une connectivité altérée entre régions du RMD à l’état de repos.

La caractérisation neuromagnétique de l'attention sans réflexion chez les méditants zen dans un contexte d'images visuelles négatives.

L’état d’attention sans réflexion, aussi appelé « mindfulness », a démontré des effets positifs en clinique pour les désordres émotionnels associés à diverses conditions. Le nombre d’études portant sur la caractérisation des substrats neuronaux de cet état attentionnel croît, mais il importe d’investiguer davantage à ce chapitre pour éventuellement améliorer les interventions cliniques. La présente étude compte aider à déterminer, par la magnétoencéphalographie, quelles régions cérébrales sont en corrélation avec le mindfulness chez des experts, i.e. des méditants Zen. Ces derniers cultivent un état dans lequel ils s’abstiennent de rechercher ou de rejeter les phénomènes sensoriels, ce qui en fait d’excellents candidats à la présente étude. Dans un contexte de stimulations visuelles émotionnelles, il fut demandé aux méditants tantôt d’observer les images dans un état de mindfulness (condition expérimentale), tantôt dans un état dit normal (condition contrôle) où aucun effort particulier d’attention n’était requis. Les résultats d’analyse suggèrent que les participants expérimentèrent une intensité émotionnelle moins importante en mindfulness : les cotes subjectives ainsi qu’une réponse magnétique cérébrale reliée aux émotions nommée Potentiel Positif Tardif magnétique (PPTm) suggèrent cela. Cependant, le résultat le plus statistiquement probant dépasse la nature affective des stimuli. Il s’agit d’une diminution temporellement soutenue de l’activité de fréquence gamma au niveau des zones visuelles associatives du lobe temporal droit, sans égard à la nature des images. Également, une suppression de l’activité gamma d’une zone du cortex préfrontal latéral gauche fut observée. Ceci pourrait indiquer une diminution de la conceptualisation des stimuli reliée au langage et aux processus réflectifs du soi.

Linear response functions for a vibrational configuration interaction state

Linear response functions are implemented for a vibrational configuration interaction state allowing accurate analytical calculations of pure vibrational contributions to dynamical polarizabilities. Sample calculations are presented for the pure vibrational contributions to the polarizabilities of water and formaldehyde. We discuss the convergence of the results with respect to various details of the vibrational wave function description as well as the potential and property surfaces. We also analyze the frequency dependence of the linear response function and the effect of accounting phenomenologically for the finite lifetime of the excited vibrational states. Finally, we compare the analytical response approach to a sum-over-states approach

Vibrational energy levels for the electronic ground state of the diazocarbene (CNN) molecule

The vibrational energy levels of diazocarbene (diazomethylene) in its electronic ground state, (X) over tilde (3) Sigma(-) CNN, have been predicted using the variational method. The potential energy surfaces of (X) over tilde (3) A" CNN were determined by employing ab initio single reference coupled cluster with single and double excitations (CCSD), CCSD with perturbative triple excitations [CCSD(T)], multi-reference complete active space self-consistent-field (CASSCF), and internally contracted multi-reference configuration interaction (ICMRCI) methods. The correlation-consistent polarised valence quadruple zeta (cc-pVQZ) basis set was used. Four sets of vibrational energy levels determined from the four distinct analytical potential functions have been compared with the experimental values from the laser-induced fluorescence measurements of Wurfel et al. obtained in 1992. The CCSD, CCSD(T), and CASSCF potentials have not provided satisfactory agreement with the experimental observations. In this light, the importance of both non-dynamic (static) and dynamic correlation effects in describing the ground state of CNN is emphasised. Our best theoretical fundamental frequencies at the cc-pVQZ ICMRCI level of theory, v(1) = 1230, v(2) = 394, and v(3) = 1420 cm(-1) are in excellent agreement with the experimental values of v(1) = 1235, v(2) = 396, and v(3) = 1419cm(-1) and the mean absolute deviation between the 23 calculated and experimental vibrational energy levels is only 7.4 cm(-1). It is shown that the previously suggested observation of the v(3) frequency at about 2847cm(-1) was in fact the first overtone 2v(3).

Regulation of the neural circuitry of emotion by compassion meditation: effects of meditative expertise

Recent brain imaging studies using functional magnetic resonance imaging (fMRI) have implicated insula and anterior cingulate cortices in the empathic response to another's pain. However, virtually nothing is known about the impact of the voluntary generation of compassion on this network. To investigate these questions we assessed brain activity using fMRI while novice and expert meditation practitioners generated a loving-kindness-compassion meditation state. To probe affective reactivity, we presented emotional and neutral sounds during the meditation and comparison periods. Our main hypothesis was that the concern for others cultivated during this form of meditation enhances affective processing, in particular in response to sounds of distress, and that this response to emotional sounds is modulated by the degree of meditation training. The presentation of the emotional sounds was associated with increased pupil diameter and activation of limbic regions (insula and cingulate cortices) during meditation (versus rest). During meditation, activation in insula was greater during presentation of negative sounds than positive or neutral sounds in expert than it was in novice meditators. The strength of activation in insula was also associated with self-reported intensity of the meditation for both groups. These results support the role of the limbic circuitry in emotion sharing. The comparison between meditation vs. rest states between experts and novices also showed increased activation in amygdala, right temporo-parietal junction (TPJ), and right posterior superior temporal sulcus (pSTS) in response to all sounds, suggesting, greater detection of the emotional sounds, and enhanced mentation in response to emotional human vocalizations for experts than novices during meditation. Together these data indicate that the mental expertise to cultivate positive emotion alters the activation of circuitries previously linked to empathy and theory of mind in response to emotional stimuli.

Structural investigations of tungsten silver phosphate glasses by solid state NMR, vibrational and X-ray absorption near edge spectroscopies

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

Structural studies of AgPO3-MoO3 glasses using solid state NMR and vibrational spectroscopies

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

Genetic identification of interspecific hybrid of Neotropical catfish species (Pseudoplatystoma corruscans vs. Pseudoplatystoma reticulatum) in rivers of Mato Grosso do Sul State, Brazil

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Meditation training increases brain efficiency in an attention task

Meditation is a mental training, which involves attention and the ability to maintain focus on a particular object. In this study we have applied a specific attentional task to simply measure the performance of the participants with different levels of meditation experience, rather than evaluating meditation practice per se or task performance during meditation. Our objective was to evaluate the performance of regular meditators and non-meditators during an fMRI adapted Stroop Word-Colour Task (SWCT), which requires attention and impulse control, using a block design paradigm. We selected 20 right-handed regular meditators and 19 non-meditators matched for age, years of education and gender. Participants had to choose the colour (red, blue or green) of single words presented visually in three conditions: congruent, neutral and incongruent. Non-meditators showed greater activity than meditators in the right medial frontal, middle temporal, precentral and postcentral gyri and the lentiform nucleus during the incongruent conditions. No regions were more activated in meditators relative to non-meditators in the same comparison. Non-meditators showed an increased pattern of brain activation relative to regular meditators under the same behavioural performance level. This suggests that meditation training improves efficiency, possibly via improved sustained attention and impulse control. (C) 2011 Elsevier Inc. All rights reserved.

Valutazione dei disturbi cognitivi nei pazienti sottoposti a Rivascolarizzazione Carotidea (Endoarterectomia vs Stenting) mediante dosaggio di marker di danno neuronale, Mini Mental State Examination e Risonanza Magnetica

Scopo del nostro studio è quello di valutare i disturbi cognitivi in relazione al tasso di microembolia cerebrale in due gruppi di pazienti trattati per lesione carotidea asintomatica con endoarterectomia (CEA) o stenting (CAS). Comparando le due metodiche mediante l’utilizzo di risonanza magnetica in diffusione (DW-MRI), neuromarkers (NSE e S100β) e test neuropsicometrici. MATERIALE E METODI: 60 pazienti sono stati sottoposti a rivascolarizzazione carotidea (CEA n=32 e CAS n=28). Sono stati tutti valutati con DW-MRI e Mini-Mental State Examination (MMSE) test nel preoperatorio, a 24 ore, a 6 ed a 12 mesi dall’intervento. In tutti sono stati dosati i livelli sierici di NSE e S100β mediante 5 prelievi seriati nel tempo, quello basale nel preoperatorio, l’ultimo a 24 ore. L’ananlisi statistica è stata effettuata con test t di Student per confronti multipli per valori continui e con test χ2 quadro e Fisher per le variabili categoriche. Significatività P <0,05. RISULTATI: Non vi è stato alcun decesso. Un paziente del gruppo CAS ha presentato un ictus ischemico. In 6 pazienti CAS ed in 1 paziente CEA si sono osservate nuove lesioni subcliniche alla RMN-DWI post-operatoria (21,4% vs 3% p=0,03). Nel gruppo CAS le nuove lesioni presenti alla RMN sono risultate significativamente associate ad un declino del punteggio del MMSE (p=0,001). L’analisi dei livelli di NSE e S100β ha mostrato un significativo aumento a 24 ore nei pazienti CAS (P = .02). A 12 mesi i pazienti che avevano presentato nuove lesioni ischemiche nel post-operatorio hanno mostrato minor punteggio al MMSE, non statisticamente significativo. CONCLUSIONI: I neuromarkers in combinazione con MMSE e RMN-DWI possono essere utilizzati nella valutazione del declino cognitivo correlato a lesioni silenti nell’immediato postoperatorio di rivascolarizzazione carotidea. Quest’ultime dovrebbero essere valutate quindi non solo rispetto al tasso di mortalità e ictus, ma anche rispetto al tasso di microembolia.

Time-referenced effects of an internal vs. external focus of attention on muscular activity and compensatory variability

The paralysis-by-analysis phenomenon, i.e., attending to the execution of one's movement impairs performance, has gathered a lot of attention over recent years (see Wulf, 2007, for a review). Explanations of this phenomenon, e.g., the hypotheses of constrained action (Wulf et al., 2001) or of step-by-step execution (Masters, 1992; Beilock et al., 2002), however, do not refer to the level of underlying mechanisms on the level of sensorimotor control. For this purpose, a “nodal-point hypothesis” is presented here with the core assumption that skilled motor behavior is internally based on sensorimotor chains of nodal points, that attending to intermediate nodal points leads to a muscular re-freezing of the motor system at exactly and exclusively these points in time, and that this re-freezing is accompanied by the disruption of compensatory processes, resulting in an overall decrease of motor performance. Two experiments, on lever sequencing and basketball free throws, respectively, are reported that successfully tested these time-referenced predictions, i.e., showing that muscular activity is selectively increased and compensatory variability selectively decreased at movement-related nodal points if these points are in the focus of attention.