Synthesis and characterization of dual-functionalized core-shell fluorescent microspheres for bioconjugation and cellular delivery

The efficient transport of micron-sized beads into cells, via a non-endocytosis mediated mechanism, has only recently been described. As such there is considerable scope for optimization and exploitation of this procedure to enable imaging and sensing applications to be realized. Herein, we report the design, synthesis and characterization of fluorescent microsphere-based cellular delivery agents that can also carry biological cargoes. These core-shell polymer microspheres possess two distinct chemical environments; the core is hydrophobic and can be labeled with fluorescent dye, to permit visual tracking of the microsphere during and after cellular delivery, whilst the outer shell renders the external surfaces of the microspheres hydrophilic, thus facilitating both bioconjugation and cellular compatibility. Cross-linked core particles were prepared in a dispersion polymerization reaction employing styrene, divinylbenzene and a thiol-functionalized co-monomer. These core particles were then shelled in a seeded emulsion polymerization reaction, employing styrene, divinylbenzene and methacrylic acid, to generate orthogonally functionalized core-shell microspheres which were internally labeled via the core thiol moieties through reaction with a thiol reactive dye (DY630-maleimide). Following internal labeling, bioconjugation of green fluorescent protein (GFP) to their carboxyl-functionalized surfaces was successfully accomplished using standard coupling protocols. The resultant dual-labeled microspheres were visualized by both of the fully resolvable fluorescence emissions of their cores (DY630) and shells (GFP). In vitro cellular uptake of these microspheres by HeLa cells was demonstrated conventionally by fluorescence-based flow cytometry, whilst MTT assays demonstrated that 92% of HeLa cells remained viable after uptake. Due to their size and surface functionalities, these far-red-labeled microspheres are ideal candidates for in vitro, cellular delivery of proteins, as described in the accompanying paper.

Expertise sportive et entraînement perceptivo-cognitif de l’athlète

Pour être performant au plus haut niveau, les athlètes doivent posséder une capacité perceptivo-cognitive supérieure à la moyenne. Cette faculté, reflétée sur le terrain par la vision et l’intelligence de jeu des sportifs, permet d’extraire l’information clé de la scène visuelle. La science du sport a depuis longtemps observé l’expertise perceptivo-cognitive au sein de l’environnement sportif propre aux athlètes. Récemment, des études ont rapporté que l’expertise pouvait également se refléter hors de ce contexte, lors d’activités du quotidien par exemple. De plus, les récentes théories entourant la capacité plastique du cerveau ont amené les chercheurs à développer des outils pour entraîner les capacités perceptivo-cognitives des athlètes afin de les rendre plus performants sur le terrain. Ces méthodes sont la plupart du temps contextuelles à la discipline visée. Cependant, un nouvel outil d’entraînement perceptivo-cognitif, nommé 3-Dimensional Multiple Object Tracking (3D-MOT) et dénué de contexte sportif, a récemment vu le jour et a fait l’objet de nos recherches. Un de nos objectifs visait à mettre en évidence l’expertise perceptivo-cognitive spécifique et non-spécifique chez des athlètes lors d’une même étude. Nous avons évalué la perception du mouvement biologique chez des joueurs de soccer et des non-athlètes dans une salle de réalité virtuelle. Les sportifs étaient systématiquement plus performants en termes d’efficacité et de temps de réaction que les novices pour discriminer la direction du mouvement biologique lors d’un exercice spécifique de soccer (tir) mais également lors d’une action issue du quotidien (marche). Ces résultats signifient que les athlètes possèdent une meilleure capacité à percevoir les mouvements biologiques humains effectués par les autres. La pratique du soccer semble donc conférer un avantage fondamental qui va au-delà des fonctions spécifiques à la pratique d’un sport. Ces découvertes sont à mettre en parallèle avec la performance exceptionnelle des athlètes dans le traitement de scènes visuelles dynamiques et également dénuées de contexte sportif. Des joueurs de soccer ont surpassé des novices dans le test de 3D-MOT qui consiste à suivre des cibles en mouvement et stimule les capacités perceptivo-cognitives. Leur vitesse de suivi visuel ainsi que leur faculté d’apprentissage étaient supérieures. Ces résultats confirmaient des données obtenues précédemment chez des sportifs. Le 3D-MOT est un test de poursuite attentionnelle qui stimule le traitement actif de l’information visuelle dynamique. En particulier, l’attention sélective, dynamique et soutenue ainsi que la mémoire de travail. Cet outil peut être utilisé pour entraîner les fonctions perceptivo-cognitives des athlètes. Des joueurs de soccer entraînés au 3D-MOT durant 30 sessions ont montré une amélioration de la prise de décision dans les passes de 15% sur le terrain comparés à des joueurs de groupes contrôles. Ces données démontrent pour la première fois un transfert perceptivo-cognitif du laboratoire au terrain suivant un entraînement perceptivo-cognitif non-contextuel au sport de l’athlète ciblé. Nos recherches aident à comprendre l’expertise des athlètes par l’approche spécifique et non-spécifique et présentent également les outils d’entraînements perceptivo-cognitifs, en particulier le 3D-MOT, pour améliorer la performance dans le sport de haut-niveau.

Conception d’un mécanisme déployable à grand ratio d’expansion et de son système d’actionnement par roues d’inertie pour applications spatiales

Cette thèse propose de développer des mécanismes déployables pour applications spatiales ainsi que des modes d’actionnement permettant leur déploiement et le contrôle de l’orientation en orbite de l’engin spatial les supportant. L’objectif étant de permettre le déploiement de surfaces larges pour des panneaux solaires, coupoles de télécommunication ou sections de station spatiale, une géométrie plane simple en triangle est retenue afin de pouvoir être assemblée en différents types de surfaces. Les configurations à membrures rigides proposées dans la littérature pour le déploiement de solides symétriques sont optimisées et adaptées à l’expansion d’une géométrie ouverte, telle une coupole. L’optimisation permet d’atteindre un ratio d’expansion plan pour une seule unité de plus de 5, mais présente des instabilités lors de l’actionnement d’un prototype. Le principe de transmission du mouvement d’un étage à l’autre du mécanisme est revu afin de diminuer la sensibilité des performances du mécanisme à la géométrie de ses membrures internes. Le nouveau modèle, basé sur des courroies crantées, permet d’atteindre des ratios d’expansion plans supérieurs à 20 dans certaines configurations. L’effet des principaux facteurs géométriques de conception est étudié afin d’obtenir une relation simple d’optimisation du mécanisme plan pour adapter ce dernier à différents contextes d’applications. La géométrie identique des faces triangulaires de chaque surface déployée permet aussi l’empilement de ces faces pour augmenter la compacité du mécanisme. Une articulation spécialisée est conçue afin de permettre le dépliage des faces puis leur déploiement successivement. Le déploiement de grandes surfaces ne se fait pas sans influencer lourdement l’orientation et potentiellement la trajectoire de l’engin spatial, aussi, différentes stratégies de contrôle de l’orientation novatrices sont proposées. Afin de tirer profit d’une grande surface, l’actionnement par masses ponctuelles en périphérie du mécanisme est présentée, ses équations dynamiques sont dérivées et simulées pour en observer les performances. Celles-ci démontrent le potentiel de cette stratégie de réorientation, sans obstruction de l’espace central du satellite de base, mais les performances restent en deçà de l’effet d’une roue d’inertie de masse équivalente. Une stratégie d’actionnement redondant par roue d’inertie est alors présentée pour différents niveaux de complexité de mécanismes dont toutes les articulations sont passives, c’est-à-dire non actionnées. Un mécanisme à quatre barres plan est simulé en boucle fermée avec un contrôleur simple pour valider le contrôle d’un mécanisme ciseau commun. Ces résultats sont étendus à la dérivation des équations dynamiques d’un mécanisme sphérique à quatre barres, qui démontre le potentiel de l’actionnement par roue d’inertie pour le contrôle de la configuration et de l’orientation spatiale d’un tel mécanisme. Un prototype à deux corps ayant chacun une roue d’inertie et une seule articulation passive les reliant est réalisé et contrôlé grâce à un suivi par caméra des modules. Le banc d’essai est détaillé, ainsi que les défis que l’élimination des forces externes ont représenté dans sa conception. Les résultats montrent que le système est contrôlable en orientation et en configuration. La thèse se termine par une étude de cas pour l’application des principaux systèmes développés dans cette recherche. La collecte de débris orbitaux de petite et moyenne taille est présentée comme un problème n’ayant pas encore eu de solution adéquate et posant un réel danger aux missions spatiales à venir. L’unité déployable triangulaire entraînée par courroies est dupliquée de manière à former une coupole de plusieurs centaines de mètres de diamètre et est proposée comme solution pour capturer et ralentir ces catégories de débris. Les paramètres d’une mission à cette fin sont détaillés, ainsi que le potentiel de réorientation que les roues d’inertie permettent en plus du contrôle de son déploiement. Près de 2000 débris pourraient être retirés en moins d’un an en orbite basse à 819 km d’altitude.

Expertise sportive et entraînement perceptivo-cognitif de l’athlète

Pour être performant au plus haut niveau, les athlètes doivent posséder une capacité perceptivo-cognitive supérieure à la moyenne. Cette faculté, reflétée sur le terrain par la vision et l’intelligence de jeu des sportifs, permet d’extraire l’information clé de la scène visuelle. La science du sport a depuis longtemps observé l’expertise perceptivo-cognitive au sein de l’environnement sportif propre aux athlètes. Récemment, des études ont rapporté que l’expertise pouvait également se refléter hors de ce contexte, lors d’activités du quotidien par exemple. De plus, les récentes théories entourant la capacité plastique du cerveau ont amené les chercheurs à développer des outils pour entraîner les capacités perceptivo-cognitives des athlètes afin de les rendre plus performants sur le terrain. Ces méthodes sont la plupart du temps contextuelles à la discipline visée. Cependant, un nouvel outil d’entraînement perceptivo-cognitif, nommé 3-Dimensional Multiple Object Tracking (3D-MOT) et dénué de contexte sportif, a récemment vu le jour et a fait l’objet de nos recherches. Un de nos objectifs visait à mettre en évidence l’expertise perceptivo-cognitive spécifique et non-spécifique chez des athlètes lors d’une même étude. Nous avons évalué la perception du mouvement biologique chez des joueurs de soccer et des non-athlètes dans une salle de réalité virtuelle. Les sportifs étaient systématiquement plus performants en termes d’efficacité et de temps de réaction que les novices pour discriminer la direction du mouvement biologique lors d’un exercice spécifique de soccer (tir) mais également lors d’une action issue du quotidien (marche). Ces résultats signifient que les athlètes possèdent une meilleure capacité à percevoir les mouvements biologiques humains effectués par les autres. La pratique du soccer semble donc conférer un avantage fondamental qui va au-delà des fonctions spécifiques à la pratique d’un sport. Ces découvertes sont à mettre en parallèle avec la performance exceptionnelle des athlètes dans le traitement de scènes visuelles dynamiques et également dénuées de contexte sportif. Des joueurs de soccer ont surpassé des novices dans le test de 3D-MOT qui consiste à suivre des cibles en mouvement et stimule les capacités perceptivo-cognitives. Leur vitesse de suivi visuel ainsi que leur faculté d’apprentissage étaient supérieures. Ces résultats confirmaient des données obtenues précédemment chez des sportifs. Le 3D-MOT est un test de poursuite attentionnelle qui stimule le traitement actif de l’information visuelle dynamique. En particulier, l’attention sélective, dynamique et soutenue ainsi que la mémoire de travail. Cet outil peut être utilisé pour entraîner les fonctions perceptivo-cognitives des athlètes. Des joueurs de soccer entraînés au 3D-MOT durant 30 sessions ont montré une amélioration de la prise de décision dans les passes de 15% sur le terrain comparés à des joueurs de groupes contrôles. Ces données démontrent pour la première fois un transfert perceptivo-cognitif du laboratoire au terrain suivant un entraînement perceptivo-cognitif non-contextuel au sport de l’athlète ciblé. Nos recherches aident à comprendre l’expertise des athlètes par l’approche spécifique et non-spécifique et présentent également les outils d’entraînements perceptivo-cognitifs, en particulier le 3D-MOT, pour améliorer la performance dans le sport de haut-niveau.

The use of visual analogue scales to assess motivation to eat in human subjects: a review of their reliability and validity with an evaluation of new hand-held computerized stsytems for temporal tracking of appetite ratings.

This present paper reviews the reliability and validity of visual analogue scales (VAS) in terms of (1) their ability to predict feeding behaviour, (2) their sensitivity to experimental manipulations, and (3) their reproducibility. VAS correlate with, but do not reliably predict, energy intake to the extent that they could be used as a proxy of energy intake. They do predict meal initiation in subjects eating their normal diets in their normal environment. Under laboratory conditions, subjectively rated motivation to eat using VAS is sensitive to experimental manipulations and has been found to be reproducible in relation to those experimental regimens. Other work has found them not to be reproducible in relation to repeated protocols. On balance, it would appear, in as much as it is possible to quantify, that VAS exhibit a good degree of within-subject reliability and validity in that they predict with reasonable certainty, meal initiation and amount eaten, and are sensitive to experimental manipulations. This reliability and validity appears more pronounced under the controlled (but more arti®cial) conditions of the laboratory where the signal : noise ratio in experiments appears to be elevated relative to real life. It appears that VAS are best used in within-subject, repeated-measures designs where the effect of different treatments can be compared under similar circumstances. They are best used in conjunction with other measures (e.g. feeding behaviour, changes in plasma metabolites) rather than as proxies for these variables. New hand-held electronic appetite rating systems (EARS) have been developed to increase reliability of data capture and decrease investigator workload. Recent studies have compared these with traditional pen and paper (P&P) VAS. The EARS have been found to be sensitive to experimental manipulations and reproducible relative to P&P. However, subjects appear to exhibit a signi®cantly more constrained use of the scale when using the EARS relative to the P&P. For this reason it is recommended that the two techniques are not used interchangeably

Image based visual servo control for fixed wing UAVs tracking linear infrastructure in wind

This paper presents an Image Based Visual Servo control design for Fixed Wing Unmanned Aerial Vehicles tracking locally linear infrastructure in the presence of wind using a body fixed imaging sensor. Visual servoing offers improved data collection by posing the tracking task as one of controlling a feature as viewed by the inspection sensor, although is complicated by the introduction of wind as aircraft heading and course angle no longer align. In this work it is shown that the effects of wind alter the desired line angle required for continuous tracking to equal the wind correction angle as would be calculated to set a desired course. A control solution is then sort by linearizing the interaction matrix about the new feature pose such that kinematics of the feature can be augmented with the lateral dynamics of the aircraft, from which a state feedback control design is developed. Simulation results are presented comparing no compensation, integral control and the proposed controller using the wind correction angle, followed by an assessment of response to atmospheric disturbances in the form of turbulence and wind gusts

Visual guidance for fixed-wing unmanned aerial vehicles using feature tracking : application to power line inspection

This thesis presents novel vision based control solutions that enable fixed-wing Unmanned Aerial Vehicles to perform tasks of inspection over infrastructure including power lines, pipe lines and roads. This is achieved through the development of techniques that combine visual servoing with alternate manoeuvres that assist the UAV in both following and observing the feature from a downward facing camera. Control designs are developed through techniques of Image Based Visual Servoing to utilise sideslip through Skid-to-Turn and Forward-Slip manoeuvres. This allows the UAV to simultaneously track and collect data over the length of infrastructure, including straight segments and the transition where these meet.

VISUAL OBJECT TRACKING VIA RANDOM FERNS BASED CLASSIFICATION

Designing a robust algorithm for visual object tracking has been a challenging task since many years. There are trackers in the literature that are reasonably accurate for many tracking scenarios but most of them are computationally expensive. This narrows down their applicability as many tracking applications demand real time response. In this paper, we present a tracker based on random ferns. Tracking is posed as a classification problem and classification is done using ferns. We used ferns as they rely on binary features and are extremely fast at both training and classification as compared to other classification algorithms. Our experiments show that the proposed tracker performs well on some of the most challenging tracking datasets and executes much faster than one of the state-of-the-art trackers, without much difference in tracking accuracy.

Visual attention to food cues in obesity: An eye‐tracking study.

Objective
Based on the theory of incentive sensitization, the aim of this study was to investigate differences in attentional processing of food-related visual cues between normal-weight and overweight/obese males and females.

Methods
Twenty-six normal-weight (14M, 12F) and 26 overweight/obese (14M, 12F) adults completed a visual probe task and an eye-tracking paradigm. Reaction times and eye movements to food and control images were collected during both a fasted and fed condition in a counterbalanced design.

Results
Participants had greater visual attention towards high-energy-density food images compared to low-energy-density food images regardless of hunger condition. This was most pronounced in overweight/obese males who had significantly greater maintained attention towards high-energy-density food images when compared with their normal-weight counterparts however no between weight group differences were observed for female participants.

Conclusions
High-energy-density food images appear to capture visual attention more readily than low-energy-density food images. Results also suggest the possibility of an altered visual food cue-associated reward system in overweight/obese males. Attentional processing of food cues may play a role in eating behaviors thus should be taken into consideration as part of an integrated approach to curbing obesity.

Robust real-time tracking for visual surveillance

This paper describes a real-time multi-camera surveillance system that can be applied to a range of application domains. This integrated system is designed to observe crowded scenes and has mechanisms to improve tracking of objects that are in close proximity. The four component modules described in this paper are (i) motion detection using a layered background model, (ii) object tracking based on local appearance, (iii) hierarchical object recognition, and (iv) fused multisensor object tracking using multiple features and geometric constraints. This integrated approach to complex scene tracking is validated against a number of representative real-world scenarios to show that robust, real-time analysis can be performed. Copyright (C) 2007 Hindawi Publishing Corporation. All rights reserved.

Feasibility of using eye tracking to increase resolution for visual telepresence

Visual telepresence seeks to extend existing teleoperative capability by supplying the operator with a 3D interactive view of the remote environment. This is achieved through the use of a stereo camera platform which, through appropriate 3D display devices, provides a distinct image to each eye of the operator, and which is slaved directly from the operator's head and eye movements. However, the resolution within current head mounted displays remains poor, thereby reducing the operator's visual acuity. This paper reports on the feasibility of incorporation of eye tracking to increase resolution and investigates the stability and control issues for such a system. Continuous domain and discrete simulations are presented which indicates that eye tracking provides a stable feedback loop for tracking applications, though some empirical testing (currently being initiated) of such a system will be required to overcome indicated stability problems associated with micro saccades of the human operator.

Employing 2D Projections for Fast Visual Exploration of Large Fiber Tracking Data

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)