Investigation of multisensory processing and structural brain differences in Autism Spectrum Disorder

This thesis is an investigation of structural brain abnormalities, as well as multisensory and unisensory processing deficits in autistic traits and Autism Spectrum Disorder (ASD). To achieve this, structural and functional magnetic resonance imaging (fMRI) and psychophysical techniques were employed. ASD is a neurodevelopmental condition which is characterised by the social communication and interaction deficits, as well as repetitive patterns of behaviour, interests and activities. These traits are thought to be present in a typical population. The Autism Spectrum Quotient questionnaire (AQ) was developed to assess the prevalence of autistic traits in the general population. Von dem Hagen et al. (2011) revealed a link between AQ with white matter (WM) and grey matter (GM) volume (using voxel-based-morphometry). However, their findings revealed no difference in GM in areas associated with social cognition. Cortical thickness (CT) measurements are known to be a more direct measure of cortical morphology than GM volume. Therefore, Chapter 2 investigated the relationship between AQ scores and CT in the same sample of participants. This study showed that AQ scores correlated with CT in the left temporo-occipital junction, left posterior cingulate, right precentral gyrus and bilateral precentral sulcus, in a typical population. These areas were previously associated with structural and functional differences in ASD. Thus the findings suggest, to some extent, autistic traits are reflected in brain structure - in the general population. The ability to integrate auditory and visual information is crucial to everyday life, and results are mixed regarding how ASD influences audiovisual integration. To investigate this question, Chapter 3 examined the Temporal Integration Window (TIW), which indicates how precisely sight and sound need to be temporally aligned so that a unitary audiovisual event can be perceived. 26 adult males with ASD and 26 age and IQ-matched typically developed males were presented with flash-beep (BF), point-light drummer, and face-voice (FV) displays with varying degrees of asynchrony and asked to make Synchrony Judgements (SJ) and Temporal Order Judgements (TOJ). Analysis of the data included fitting Gaussian functions as well as using an Independent Channels Model (ICM) to fit the data (Garcia-Perez & Alcala-Quintana, 2012). Gaussian curve fitting for SJs showed that the ASD group had a wider TIW, but for TOJ no group effect was found. The ICM supported these results and model parameters indicated that the wider TIW for SJs in the ASD group was not due to sensory processing at the unisensory level, but rather due to decreased temporal resolution at a decisional level of combining sensory information. Furthermore, when performing TOJ, the ICM revealed a smaller Point of Subjective Simultaneity (PSS; closer to physical synchrony) in the ASD group than in the TD group. Finding that audiovisual temporal processing is different in ASD encouraged us to investigate the neural correlates of multisensory as well as unisensory processing using functional magnetic resonance imaging fMRI. Therefore, Chapter 4 investigated audiovisual, auditory and visual processing in ASD of simple BF displays and complex, social FV displays. During a block design experiment, we measured the BOLD signal when 13 adults with ASD and 13 typically developed (TD) age-sex- and IQ- matched adults were presented with audiovisual, audio and visual information of BF and FV displays. Our analyses revealed that processing of audiovisual as well as unisensory auditory and visual stimulus conditions in both the BF and FV displays was associated with reduced activation in ASD. Audiovisual, auditory and visual conditions of FV stimuli revealed reduced activation in ASD in regions of the frontal cortex, while BF stimuli revealed reduced activation the lingual gyri. The inferior parietal gyrus revealed an interaction between stimulus sensory condition of BF stimuli and group. Conjunction analyses revealed smaller regions of the superior temporal cortex (STC) in ASD to be audiovisual sensitive. Against our predictions, the STC did not reveal any activation differences, per se, between the two groups. However, a superior frontal area was shown to be sensitive to audiovisual face-voice stimuli in the TD group, but not in the ASD group. Overall this study indicated differences in brain activity for audiovisual, auditory and visual processing of social and non-social stimuli in individuals with ASD compared to TD individuals. These results contrast previous behavioural findings, suggesting different audiovisual integration, yet intact auditory and visual processing in ASD. Our behavioural findings revealed audiovisual temporal processing deficits in ASD during SJ tasks, therefore we investigated the neural correlates of SJ in ASD and TD controls. Similar to Chapter 4, we used fMRI in Chapter 5 to investigate audiovisual temporal processing in ASD in the same participants as recruited in Chapter 4. BOLD signals were measured while the ASD and TD participants were asked to make SJ on audiovisual displays of different levels of asynchrony: the participants’ PSS, audio leading visual information (audio first), visual leading audio information (visual first). Whereas no effect of group was found with BF displays, increased putamen activation was observed in ASD participants compared to TD participants when making SJs on FV displays. Investigating SJ on audiovisual displays in the bilateral superior temporal gyrus (STG), an area involved in audiovisual integration (see Chapter 4), we found no group differences or interaction between group and levels of audiovisual asynchrony. The investigation of different levels of asynchrony revealed a complex pattern of results indicating a network of areas more involved in processing PSS than audio first and visual first, as well as areas responding differently to audio first compared to video first. These activation differences between audio first and video first in different brain areas are constant with the view that audio leading and visual leading stimuli are processed differently.

Towards a Framework for Analyzing and Evaluating Servitization Potential: Case Study of ENVIE Loire

Part 4: Transition Towards Product-Service Systems

Applying Platform Design to Improve Product-Service Systems Collaborative Development

Part 3: Product-Service Systems

A new, fast and flexible radiative transfer method for Venus general circulation models

We present a new radiation scheme for the Oxford Planetary Unified Model System for Venus, suitable for the solar and thermal bands. This new and fast radiative parameterization uses a different approach in the two main radiative wavelength bands: solar radiation (0.1-5.5 mu m) and thermal radiation (1.7-260 mu m). The solar radiation calculation is based on the delta-Eddington approximation (two-stream-type) with an adding layer method. For the thermal radiation case, a code based on an absorptivity/emissivity formulation is used. The new radiative transfer formulation implemented is intended to be computationally light, to allow its incorporation in 3D global circulation models, but still allowing for the calculation of the effect of atmospheric conditions on radiative fluxes. This will allow us to investigate the dynamical-radiative-microphysical feedbacks. The model flexibility can be also used to explore the uncertainties in the Venus atmosphere such as the optical properties in the deep atmosphere or cloud amount. The results of radiative cooling and heating rates and the global-mean radiative-convective equilibrium temperature profiles for different atmospheric conditions are presented and discussed. This new scheme works in an atmospheric column and can be easily implemented in 3D Venus global circulation models. (C) 2014 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Building an Ontology of Product/Service-Systems: Using a Maritime Case Study to Elicit Classifications and Characteristics

Part 4: Transition Towards Product-Service Systems

Contributos para a adaptação e aferição de duas medidas de suporte social

"A perceção de suporte social familiar e dos amigos tem uma grande influência no desenvolvimento psicossocial saudável dos adolescentes. Desta forma, propusemo-nos adaptar e aferir para a população portuguesa as escalas de medida Perceção do Suporte Social da Família (PSS-Fam) e dos Amigos (PSS-Am) de Procidado e Heller (1983). Apresentamos os resultados obtidos a partir de uma amostra de 851 adolescentes com idades compreendidas entre os 11 e os 19 anos. Os resultados estão de acordo com os obtidos por Procidano e Heller (1983) que obtiveram uma solução com apenas um fator para cada escala. Os estudos psicométricos revelam, de forma global, bons índices de fiabilidade e validade dos instrumentos. Concluímos contribuindo com duas medidas adequadas para avaliar o suporte social percebido na população adolescente."

Repercusión del envejecimiento sobre la conducción: declive y estrategias compensatorias

Introducción: La conducción de vehículos por personas mayores es una realidad creciente y una de las actividades que ayuda a mantener la sensación de autonomía personal. Sin embargo, la calidad de la conducción puede verse afectada por el envejecimiento. Por ello, el objetivo del presente estudio es comparar la percepción de un grupo de conductores sobre los cambios asociados a la edad y los ajustes utilizados en la conducción en función de la edad. Material y método: Se reclutó una muestra de 312 conductores de 20 a 80 años de edad procedentes de centros de reconocimiento médico para la renovación del carné de conducir, así como de centros de recuperación de puntos. A los participantes se les administró un cuestionario sobre características de la conducción y el cuestionario de adaptación a la conducción. Resultados: Se observaron diferencias estadísticamente significativas tanto en los declives percibidos como en los ajustes compensatorios, observándose que los conductores mayores de 65 años indicaron medias más elevadas que el resto de rangos de edad. El grupo de 70 a 80 años es el que usa estrategias compensatorias: «no conducir si llueve», «evitar adelantar», «no conducir de noche», «conducir solo por determinadas zonas» o «aparcar en línea». Conclusiones: Dado que la edad influye en la conducción de vehículos, los mayores usan estrategias de compensación para aminorar el impacto que el envejecimiento provoca sobre esta habilidad.

Analisi delle caratteristiche e delle performance di membrane polimeriche a microporosità intrinseca (PIM) per la cattura di CO2

In questo lavoro viene condotta un’analisi critica delle caratteristiche materiali e delle performance di una classe di polimeri recentemente sviluppata, i “Polimeri a Microporosità Intrinseca”, di grande interesse per lo sviluppo di membrane per la separazione di gas, specialmente nella Carbon Capture. Partendo dall’analisi del meccanismo di separazione di gas in membrane polimeriche dense si fornisce una overview sulle tecnologie assodate e innovative per la separazione di gas e per la CC. Le caratteristiche e le proprietà strutturali di rilievo dei polimeri vetrosi sono poi brevemente illustrate e le correlazioni empiriche note tra le suddette e le proprietà di trasporto di materia. Vengono quindi descritti i PIMs analizzando in primis la loro tipica struttura chimica, i processi di sintesi e le caratteristiche principali. Per il PIM-1, capostipite della categoria, il trasporto di gas viene approfondito con lo studio della variabilità delle proprietà quali la permeabilità, la diffusività e la solubilità di penetranti gassosi con i parametri operativi (p, T, composizione dei feed), considerando anche fenomeni tipici dei polimeri vetrosi quali l’aging e l’effetto dei solventi. Sono poi analizzate le proprietà di trasporto nei diversi PIMs, e confrontate con quelle di polimeri di comune utilizzo nelle separazioni in esame. La rielaborazione dei dati raccolti permette di confrontare le performance di una varietà di polimeri nella separazione di gas. In particolare l’analisi critica dei diagrammi permeabilità/selettività induce ad una valutazione approssimativa ma significativa delle possibili soluzioni tra cui optare per una data separazione di gas, considerando anche i parametri operativi tipici della stessa. Infine, vengono riportati e commentati dati di permeazione di miscele gassose in due diversi PIMs e nel polimero PTMSP, ponendo l’attenzione sulle reali condizioni operative con cui la tecnologia a membrane si deve confrontare in applicazioni reali.

Trattamento di cellule cancerose mediante plasmi non termici

Con lo sviluppo di sorgenti capaci di sostenere scariche di non equilibrio a pressione atmosferica è nato un notevole interesse per le applicazioni biomediche del plasma, data la generazione nella scarica di una varietà di agenti efficaci in più ambiti. I plasmi di questo tipo, caratterizzati principalmente da una temperatura macroscopica vicina a quella ambiente, sono infatti già utilizzati, ad esempio, per la sterilizzazione, per il trattamento di polimeri per migliorarne la biocompatibilità, e per l’accelerazione del processo di coagulazione del sangue. In questo lavoro verrà presentata un’altra possibilità applicativa, sempre nel settore della plasma medicine, ovvero l’utilizzo dei plasmi per il trattamento di cellule cancerose, che sta avendo un particolare successo a causa dei risultati ottenuti dai vari gruppi di ricerca che sottintendono un suo possibile futuro nel trattamento di neoplasie. Verrà presentata una breve introduzione alla fisica del plasma, mostrando alcuni parametri che caratterizzano questo stato della materia, concentrandosi in particolare sui plasmi non termici o di non equilibrio, per poi passare al processo di ionizzazione del gas. Nel secondo capitolo sono approfondite due sorgenti per la generazione di plasmi non termici, la scarica a barriera dielettrica e il plasma jet. Il terzo capitolo fornisce una preliminare spiegazione degli agenti generati nella scarica e il rapporto che hanno con la materia con cui interagiscono. L’ultimo capitolo è il fulcro della ricerca, e comprende risultati ottenuti negli ultimi anni da vari gruppi di ricerca di molte nazionalità, e una breve parte riguardante la sperimentazione originale svolta anche in mia presenza dal gruppo di ricerca del Dipartimento di Ingegneria dell’Energia Elettrica e dell’Informazione “Guglielmo Marconi”, rappresentato principalmente dal professor Carlo Angelo Borghi e dal professor Gabriele Neretti.

High bandwidth freestanding semipolar (11–22) InGaN/GaN light-emitting diodes

Freestanding semipolar (11–22) indium gallium nitride (InGaN) multiplequantum-well light-emitting diodes (LEDs) emitting at 445 nm have been realized by the use of laser lift-off (LLO) of the LEDs from a 50- m-thick GaN layer grown on a patterned (10–12) r -plane sapphire substrate (PSS). The GaN grooves originating from the growth on PSS were removed by chemical mechanical polishing. The 300 m × 300 m LEDs showed a turn-on voltage of 3.6 V and an output power through the smooth substrate of 0.87 mW at 20 mA. The electroluminescence spectrum of LEDs before and after LLO showed a stronger emission intensity along the [11–23]InGaN/GaN direction. The polarization anisotropy is independent of the GaN grooves, with a measured value of 0.14. The bandwidth of the LEDs is in excess of 150 MHz at 20 mA, and back-to-back transmission of 300 Mbps is demonstrated, making these devices suitable for visible light communication (VLC) applications.

Amor que vai, desamor que vem. Maus tratos nas relações de intimidade: aleatoriedade ou prévia (de)limitação da herança parental?

A presente investigação visa apurar se existem esquemas parentais (EPs) ou mal-adaptativos precoces (EMPs) que predisponham à escolha, por parte de mulheres vítimas de violência na intimidade, de parceiros potencialmente agressores. Adicionalmente pretende identificar como se manifesta a vitimação com os tipos de relacionamento amoroso de reparação narcísica. O estudo, de cariz quantitativo, recorre a três instrumentos (QEP, QE e ITRA) preenchidos por 27 mulheres com idades compreendidas entre os 23- 67 anos, das quais 10 sofreram algum tipo de violência numa relação de intimidade. Este estudo concluiu que existem EPs e EMPs que parecem predispor à escolha de parceiros amorosos abusivos. Estas escolhas amorosas parecem estar relacionadas com a tendência para enveredar por tipos de relacionamento amoroso mais patológico, nomeadamente, os tipos evitante-desnarcisante e eufórico-idealizante. Posto isto, criou-se um modelo que caracteriza vítimas e não-vítimas de violência nas relações de intimidade com uma precisão de 96,3% com base nos resultados dos instrumentos anteriores; When sorrow replaces love Violence in intimate relationships: Randomness or effects of parental heritage? Abstract: This research aims at determining whether there are schemas originated by parenting styles (PSs) or early maladaptive schemas (EMSs) that predispose women, who were victims of violence in their intimate relationships, to choose abusive romantic partners. Additionally it intends to identify how victimization reveals itself through romantic relationship types that are due to repair the Self narcissistic vulnerabilities. This quantitative study relies on three instruments (PSQ, SQ, ITRA) filled by 27 women with ages between 23-67, 10 of which were victims of violence in their intimate relationships. This study concludes that there are PSs and EMSs that seem to predispose to the choice of abusive romantic partners. These romantic choices seem to be related with the predisposition to more pathological romantic relationship types, namely, the avoidant-devaluate and euphoricidealizing types. Following this, a model was created to characterize individuals as victims or non-victims of violence in their intimate relationships with a precision of 96.3%, based on the results of the instruments above.

Ruolo del gene umano CYYR1: dallo studio funzionale dell'ortologo in Danio rerio alla potenziale implicazione in processi tumorigenici

Il locus CYYR1 identificato e clonato sul cromosoma 21 umano è stato caratterizzato dal punto di vista molecolare come un sistema multitrascritto, esclusivo dei vertebrati che ad oggi è orfano di una funzione specifica. Dati presenti in lettura e rintracciati mostrano una possibile relazione tra il gene CYYR1 e il pathway di Sonic Hedgehog (SHH). In questo progetto di tesi è stato utilizzato il modello animale Danio rerio per indagare il ruolo funzionale dell’ortologo (cyyr1), attraverso esperimenti di gain e loss of function che hanno permesso di dimostrare un suo coinvolgimento nello sviluppo del sistema nervoso centrale, del cuore e del tessuto muscolare. Lo studio dell’ortologo in zebrafish è stato associato all’utilizzo di linee cellulari di rabdomiosarcoma umano. I risultati ottenuti dall’induzione al differenziamento miogenico di queste linee, insieme ai dati ottenuti in Danio rerio, confermano il possibile coinvolgimento del gene CYYR1 nella miogenesi. Lo studio delle relazione tra il pathway di SHH e l’espressione del gene CYYR1 è stato condotto in entrambi i modelli con l’utilizzo di differenti inibitori della via di segnalazione. I risultati ottenuti mostrano che sistemi inibitori agenti direttamente sul recettore SMO riducono l’espressione del gene. Un dato inaspettato in Danio rerio ottenuto durante questi esperimenti di inibizione, ha aperto una nuova linea di ricerca in collaborazione con l’Università di Warwick tesa a verificare la relazione tra il gene cyyr1 e il gene lefty1. Gli esperimenti condotti presso il laboratorio della Prof.ssa Sampath hanno dimostrato la localizzazione del prodotto proteico cyyr1 in Danio rerio e indagato co-localizzazioni con la proteina lefty1. Infine, in collaborazione con Dr. Deflorian e della Prof.ssa Pistocchi, è stato generato un mutante di Danio rerio deleto per il gene cyyr1 con la tecnica CRISPR/Cas9. La caratterizzazione del mutante cyyr1 -/- ha confermato alcuni dei dati ottenuti attraverso esperimenti di loss of function.

Ruolo della proteina OPA3 nella patogenesi di malattie neurodegenerative

OPA3 è una proteina codificata dal genoma nucleare che, grazie a una sequenza di targeting mitocondriale, viene indirizzata ai mitocondri dopo la sua sintesi. Le mutazioni nel gene OPA3 sono associate a due patologie neurodegenerative: la Sindrome di Costeff, causata da mutazioni recessive, e una forma di atrofia ottica dominante che si manifesta con cataratta e spesso sordità. L’esatta funzione e regolazione della proteina non sono ancora state completamente chiarite, così come la sua localizzazione nella membrana mitocondriale esterna o interna. Lo scopo di questa tesi era quello di fare luce sulla funzione della proteina OPA3, con particolare interesse alla dinamica mitocondriale e all’autofagia, sulla sua localizzazione subcellulare ed infine di definire il meccanismo patogenetico nelle patologie neurodegenerative causate da mutazioni in questo gene. A questo scopo abbiamo utilizzato sia una linea di neuroblastoma silenziata stabilmente per OPA3 che linee cellulari primarie derivate da pazienti. I risultati del presente studio dimostrano che la riduzione di OPA3, indotta nelle cellule del neuroblastoma e presente nei fibroblasti derivati dai pazienti, produce alterazioni nel network mitocondriale con uno sbilanciamento a favore della fusione. Questo fenomeno è probabilmente dovuto all’aumento della forma long della proteina OPA1 che è stato riscontrato in entrambi i modelli cellulari. Inoltre, seppur con direzione apparentemente opposta, in entrambi i modelli abbiamo osservato un’alterata regolazione dell’autofagia. Infine, abbiamo confermato che OPA3 localizza nella membrana mitocondriale interna ed è esposta per gran parte nella matrice. Inoltre, un segnale della proteina è stato trovato anche nelle mitochondrial associated membranes, suggerendo un possibile ruolo di OPA3 nel trasferimento dei lipidi tra i mitocondri e il reticolo endoplasmatico. Abbiamo rilevato un’interazione della proteina OPA3 con l’acido fosfatidico che non era mai stata evidenziata fino ad oggi. Queste osservazioni sono compatibili con le alterazioni della dinamica mitocondriale e la disregolazione dell’autofagia documentate nei modelli studiati.

Confronto tra caratteristiche tecnologiche di diversi ceppi di Lactobacillus sakei in differenti condizioni.

Lactobacillus sakei è una specie altamente specializzata nella colonizzazione di prodotti a base di carne. Possiede un genoma relativamente ridotto nel quale, ad esempio, mancano le informazioni per la sintesi di 18 aminoacidi su 20, per i quali risulta dunque auxotrofo. La carne è quindi un substrato ottimale poiché tali aminoacidi sono facilmente disponibili. Una delle caratteristiche più interessanti di Lb. sakei, ed il motivo per cui viene largamente impiegato come coltura starter nell’industria dei salumi, è la sua capacità di permanere attivo e dominante per lungo tempo, anche quando le fonti principali di zuccheri sono esaurite. Inoltre tale microorganismo non è in grado di produrre sostanze dannose, come ad esempio le ammine biogene, ma bensì produce sostanze con attività antimicrobica: le batteriocine (sakacina). Questo elaborato ha costituito il primo tassello di un lavoro più ampio di selezione di ceppi di Lb. sakei da destinare all’utilizzo come colture starter. Sono state valutate alcune caratteristiche tecnologiche di ceppi di Lb. sakei, isolati da prodotti ottenuti tramite fermentazioni spontanee, e le loro performance sono state confrontate con ceppi di collezione e con un ceppo utilizzato a livello commerciale. In particolare si sono studiate le cinetiche di fermentazione a temperature diverse, variabili da 5°C a 40°C, e a differenti concentrazione di NaCl, da 0 a 8%. Per quanto riguarda la temperatura, tutti i ceppi sono stati in grado di sviluppare tra 5°C e 35°C, ma nessuno è riuscito a 40°C. I risultati hanno evidenziato una notevole variabilità delle performance fermentative tra 15 e 20°C. Per quanto riguarda la presenza di sale, tutti i ceppi sono cresciuti a tutte le concentrazioni di NaCl, anche a quella più elevata (8%), seppur con cinetiche diverse. Questi diversi pattern fermentativi, associati con altre caratteristiche che verranno valutate in futuro, determineranno i criteri di scelta per nuovi starter.

Produzione di biopolimeri da fanghi di depurazione mediante processi ibridi termochimici-biologici

Il presente lavoro di tesi riguarda lo sviluppo di un innovativo processo di produzione di poliidrossialcanoati (PHA), volto a diminuire i costi ed incrementare la sostenibilità ambientale dei processi attualmente utilizzati per produrre PHA. A tal fine sono state utilizzate colture microbiche miste (MMC) presenti nei fanghi attivi derivanti dai processi di depurazione delle acque reflue e substrati di scarto dell’industria vitivinicola. I substrati sono stati inizialmente fermentati anaerobicamente per ottenere acidi grassi volatili (VFA), fonte di carbonio ideale per produrre PHA tramite MMC. Il processo di produzione sviluppato nel presente lavoro di tesi è suddiviso in tre stadi, mediante l'accoppiamento di processi termochimici e biologici: 1. Fermentazione anaerobica di varie matrici di scarto provenienti dall'industria vitivinicola per produrre VFA. Tutti i substrati sono stati testati sia con inoculo tal quale e sia con inoculo autoclavato per inibire l’attività degli Archea metanogeni. Nel primo caso sono stati ottenuti elevati quantitativi di biogas (~70% di resa), mentre il pre-trattamento dell’inoculo ha portato un’elevata produzione di VFA, soprattutto nel caso della vinaccia (45% di resa). 2. Pre-trattamento termochimico dei fanghi di depurazione e scarti tramite pirolisi al fine di rendere il carbonio contenuto negli scarti più disponibile per i batteri anaerobi. In questo caso le rese di VFA sono sensibilmente aumentate rispetto alla digestione della biomassa tal quale, con valori prossimi al 99% nel caso della vinaccia. 3. Valutazione delle capacità delle popolazioni batteriche che compongono il fango aerobico di accumulare naturalmente PHA, testando fanghi provenienti da impianti di depurazione sia industriali che urbani. Solo le comunità batteriche presenti nei fanghi di tipo urbano hanno mostrato buona potenzialità di accumulare PHA, senza che questi siano stati inizialmente sottoposti a regimi ciclici alimentari.