Galantamine: Effect on nicotinic receptor binding, acetylcholinesterase inhibition, and learning

Classical eyeblink conditioning is a well-characterized model paradigm that engages the septohippocampal cholinergic system. This form of associative learning is impaired in normal aging and severely disrupted in Alzheimer's disease (AD). Some nicotinic cholinergic receptor subtypes are lost in AD, making the use of nicotinic allosterically potentiating ligands a promising therapeutic strategy. The allosterically potentiating ligand galantamine (Gal) modulates nicotinic cholinergic receptors to increase acetylcholine release as well as acting as an acetylcholinesterase (AChE) inhibitor. Gal was tested in two preclinical experiments. In Experiment 1 with 16 young and 16 older rabbits, Gal (3.0 mg/kg) was administered for 15 days during conditioning, and the drug significantly improved learning, reduced AChE levels, and increased nicotinic receptor binding. In Experiment 2, 53 retired breeder rabbits were tested over a 15-wk period in four conditions. Groups of rabbits received 0.0 (vehicle), 1.0, or 3.0 mg/kg Gal for the entire 15-wk period or 3.0 mg/kg Gal for 15 days and vehicle for the remainder of the experiment. Fifteen daily conditioning sessions and subsequent retention and relearning assessments were spaced at 1-month intervals. The dose of 3.0 mg/kg Gal ameliorated learning deficits significantly during acquisition and retention in the group receiving 3.0 mg/kg Gal continuously. Nicotinic receptor binding was significantly increased in rabbits treated for 15 days with 3.0 mg/kg Gal, and all Gal-treated rabbits had lower levels of brain AChE. The efficacy of Gal in a learning paradigm severely impaired in AD is consistent with outcomes in clinical studies.

Plasticity of the cochleotopic (frequency) map in specialized and nonspecialized auditory cortices

Auditory conditioning (associative learning) causes reorganization of the cochleotopic (frequency) maps of the primary auditory cortex (AI) and the inferior colliculus. Focal electric stimulation of the AI also evokes basically the same cortical and collicular reorganization as that caused by conditioning. Therefore, part of the neural mechanism for the plasticity of the central auditory system caused by conditioning can be explored by focal electric stimulation of the AI. The reorganization is due to shifts in best frequencies (BFs) together with shifts in frequency-tuning curves of single neurons. In the AI of the Mongolian gerbil (Meriones unguiculatus) and the posterior division of the AI of the mustached bat (Pteronotus parnellii), focal electric stimulation evokes BF shifts of cortical auditory neurons located within a 0.7-mm distance along the frequency axis. The amount and direction of BF shift differ depending on the relationship in BF between stimulated and recorded neurons, and between the gerbil and mustached bat. Comparison in BF shift between different mammalian species and between different cortical areas of a single species indicates that BF shift toward the BF of electrically stimulated cortical neurons (centripetal BF shift) is common in the AI, whereas BF shift away from the BF of electrically stimulated cortical neurons (centrifugal BF shift) is special. Therefore, we propose a hypothesis that reorganization, and accordingly organization, of cortical auditory areas caused by associative learning can be quite different between specialized and nonspecialized (ordinary) areas of the auditory cortex.

Memory systems in the brain and localization of a memory

It is now clear that there are a number of different forms or aspects of learning and memory that involve different brain systems. Broadly, memory phenomena have been categorized as explicit or implicit. Thus, explicit memories for experience involve the hippocampus–medial temporal lobe system and implicit basic associative learning and memory involves the cerebellum, amygdala, and other systems. Under normal conditions, however, many of these brain–memory systems are engaged to some degree in learning situations. But each of these brain systems is learning something different about the situation. The cerebellum is necessary for classical conditioning of discrete behavioral responses (eyeblink, limb flexion) under all conditions; however, in the “trace” procedure where a period of no stimuli intervenes between the conditioned stimulus and the unconditioned stimulus the hippocampus plays a critical role. Trace conditioning appears to provide a simple model of explicit memory where analysis of brain substrates is feasible. Analysis of the role of the cerebellum in basic delay conditioning (stimuli overlap) indicates that the memories are formed and stored in the cerebellum. The phenomenon of cerebellar long-term depression is considered as a putative mechanism of memory storage.

Expression of Drosophila mushroom body mutations in alternative genetic backgrounds: a case study of the mushroom body miniature gene (mbm).

Mutations in 12 genes regulating Drosophila melanogaster mushroom body (MB) development were each studied in two genetic backgrounds. In all cases, brain structure was qualitatively or quantitatively different after replacement of the "original" genetic background with that of the Canton Special wild-type strain. The mushroom body miniature gene (mbm) was investigated in detail. mbm supports the maintenance of MB Kenyon cell fibers in third instar larvae and their regrowth during metamorphosis. Adult mbm1 mutant females are lacking many or most Kenyon cell fibers and are impaired in MB-mediated associative odor learning. We show here that structural defects in mbm1 are apparent only in combination with an X-linked, dosage-dependent modifier (or modifiers). In the Canton Special genetic background, the mbm1 anatomical phenotype is suppressed, and MBs develop to a normal size. However, the olfactory learning phenotype is not fully restored, suggesting that submicroscopic defects persist in the MBs. Mutant mbm1 flies with full-sized MBs have normal retention but show a specific acquisition deficit that cannot be attributed to reductions in odor avoidance, shock reactivity, or locomotor behavior. We propose that polymorphic gene interactions (in addition to ontogenetic factors) determine MB size and, concomitantly, the ability to recognize and learn odors.

Self-organized phase transitions in neural networks as a neural mechanism of information processing.

Transitions between dynamically stable activity patterns imposed on an associative neural network are shown to be induced by self-organized infinitesimal changes in synaptic connection strength and to be a kind of phase transition. A key event for the neural process of information processing in a population coding scheme is transition between the activity patterns encoding usual entities. We propose that the infinitesimal and short-term synaptic changes based on the Hebbian learning rule are the driving force for the transition. The phase transition between the following two dynamical stable states is studied in detail, the state where the firing pattern is changed temporally so as to itinerate among several patterns and the state where the firing pattern is fixed to one of several patterns. The phase transition from the pattern itinerant state to a pattern fixed state may be induced by the Hebbian learning process under a weak input relevant to the fixed pattern. The reverse transition may be induced by the Hebbian unlearning process without input. The former transition is considered as recognition of the input stimulus, while the latter is considered as clearing of the used input data to get ready for new input. To ensure that information processing based on the phase transition can be made by the infinitesimal and short-term synaptic changes, it is absolutely necessary that the network always stays near the critical state corresponding to the phase transition point.

Functional anatomy of human eyeblink conditioning determined with regional cerebral glucose metabolism and positron-emission tomography.

Relative cerebral glucose metabolism was examined with positron-emission tomography (PET) as a measure of neuronal activation during performance of the classically conditioned eyeblink response in 12 young adult subjects. Each subject received three sessions: (i) a control session with PET scan in which unpaired presentations of the tone conditioned stimulus and corneal airpuff unconditioned stimulus were administered, (ii) a paired training session to allow associative learning to occur, and (iii) a paired test session with PET scan. Brain regions exhibiting learning-related activation were identified as those areas that showed significant differences in glucose metabolism between the unpaired control condition and well-trained state in the 9 subjects who met the learning criterion. Areas showing significant activation included bilateral sites in the inferior cerebellar cortex/deep nuclei, anterior cerebellar vermis, contralateral cerebellar cortex and pontine tegmentum, ipsilateral inferior thalamus/red nucleus, ipsilateral hippocampal formation, ipsilateral lateral temporal cortex, and bilateral ventral striatum. Among all subjects, including those who did not meet the learning criterion, metabolic changes in ipsilateral cerebellar nuclei, bilateral cerebellar cortex, anterior vermis, contralateral pontine tegmentum, ipsilateral hippocampal formation, and bilateral striatum correlated with degree of learning. The localization to cerebellum and its associated brainstem circuitry is consistent with neurobiological studies in the rabbit model of eyeblink classical conditioning and neuropsychological studies in brain-damaged humans. In addition, these data support a role for the hippocampus in conditioning and suggest that the ventral striatum may also be involved.

Influências do PIBID na representação social de licenciandos em química sobre ser \"professor de química\"

Esta Tese apresenta um estudo sobre a formação inicial de professores de Química em 10 diferentes universidades públicas brasileiras, estabelecidas em 7 diferentes estados e abrange 217 estudantes de licenciatura. Analisou-se a influência do \"Programa Institucional de Bolsas de Iniciação à Docência\" - PIBID - na composição do Núcleo Central (NC) da Representação Social (RS; (MOSCOVICI, 1978) desses Licenciandos sobre o ser \"professor de Química\". Para alocar um termo na zona de centralidade de uma RS é necessário identificar o valor simbólico do termo, refletido em sua saliência, a qual é indicada pela relação entre freqüência e Ordem Média de Evocação e, pelo poder associativo, refletido na conexidade e na categorização temática dos termos. Para a coleta de informações, empregou-se um questionário, com 20 questões, das quais apenas 5 fazem referência específica à tarefa de livre associação de palavras a partir do termo indutor \"professor de Química\", enquanto as demais se referem à caracterização do grupo social. As conclusões deste estudo emergiram da comparação entre o NC da RS de alunos participantes do PIBID (118) com aquele de licenciandos que jamais participaram do Programa (99). Para os alunos participantes dos sub-projetos PIBID-QUÍMICA, os termos do NC da RS investigada são: dedicado, experimentação, responsabilidade. Para o sub-grupo não/PIBID, os termos salientes e com conexidade suficiente para expressar sua centralidade na RS são: dedicado, experimentação, inteligente. Portanto, a zona de centralidade da RS dos dois sub-grupos é diferente, devido a dois termos: responsabilidade e inteligente. O primeiro termo destacado é exclusivo do NC do sub-grupo PIBID, enquanto o último ocorre apenas no NC do sub-grupo não/PIBID. Vale salientar que para o sub-grupo PIBID o termo experimentação apresenta saliência e conexidade expressivos e, para o outro sub-grupo, o termo mais saliente e conexo é dedicado, o que reflete uma diferença qualitativa na organização interna da estrutura das RS, resultado que os caracteriza como diferentes grupos sociais, cada um com uma RS para o ser \"professor de Química\". A presença de termos diferentes na zona de centralidade das RS indica que o processo de formação desenvolvido no âmbito do PIBID expressa a importância da vivência das diferentes práticas pedagógicas junto à Escola Básica durante a formação inicial para a docência em Química, o que não ocorre para o sub-grupo não/PIBID até o momento dos estágios docentes, que demoram muito para acontecer nas Licenciaturas convencionais. No caso do sub-grupo não/PIBID, é forte a presença de termos ligados à idéia de \"vocação\" na docência, expressando aspectos históricos resistentes à mudança no processo de formação de professores.

Análise elastoplástica bidimensional de meios reforçados com fibras

De modo a satisfazer aspectos de resistência, custo ou conforto, o aperfeiçoamento do desempenho das estruturas é uma meta sempre almejada na Engenharia. Melhorias têm sido alcançadas dado ao crescente uso de materiais compósitos, pois estes apresentam propriedades físicas diferenciadas capazes de atender as necessidades de projeto. Associado ao emprego de compósitos, o estudo da plasticidade demonstra uma interessante alternativa para aumentar o desempenho estrutural ao conferir uma capacidade resistente adicional ao conjunto. Entretanto, alguns problemas podem ser encontrados na análise elastoplástica de compósitos, além das próprias dificuldades inerentes à incorporação de fibras na matriz, no caso de compósitos reforçados. A forma na qual um compósito reforçado por fibras e suas fases têm sua representação e simulação é de extrema importância para garantir que os resultados obtidos sejam compatíveis com a realidade. À medida que se desenvolvem modelos mais refinados, surgem problemas referentes ao custo computacional, além da necessidade de compatibilização dos graus de liberdade entre os nós das malhas de elementos finitos da matriz e do reforço, muitas vezes exigindo a coincidência das referidas malhas. O presente trabalho utiliza formulações que permitem a representação de compósitos reforçados com fibras sem que haja a necessidade de coincidência entre malhas. Além disso, este permite a simulação do meio e do reforço em regime elastoplástico com o objetivo de melhor estudar o real comportamento. O modelo constitutivo adotado para a plasticidade é o de von Mises 2D associativo com encruamento linear positivo e a solução deste modelo foi obtida através de um processo iterativo. A formulação de elementos finitos posicional é adotada com descrição Lagrangeana Total e apresenta as posições do corpo no espaço como parâmetros nodais. Com o intuito de averiguar a correta implementação das formulações consideradas, exemplos para validação e apresentação das funcionalidades do código computacional desenvolvido foram analisados.

Nitrato na dieta de ruminantes como estratégia nutricional para mitigação de metano entérico

A produção de metano entérico está entre as principais fontes de emissão de gases de efeito estufa dentre as atividades agropecuárias, além de gerar perda energética ao animal de até 12% da energia bruta consumida. Assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar o uso de nitrato de cálcio encapsulado na alimentação de ruminantes como estratégia nutricional a mitigação de metano entérico. O experimento consistiu de duas fases. Fase I: Foram testadas dietas suplementadas com produto comercial de nitrato de cálcio encapsulado utilizando a técnica semiautomática de produção de gases in vitro. Meio grama de substrato com 50 mL de meio de incubação e 25 mL de inóculo ruminal foram incubados em frascos de vidro (160 mL) à 39 ºC por 24 horas para determinação da melhor dieta a ser testada in vivo. O primeiro ensaio testou a associação entre a monensina (dietas com e sem adição de monensina) e doses de nitrato encapsulado (0; 1,5 e 3% da matéria seca (MS)) para mitigação de metano in vitro. Não foi observada interação entre monensina e nitrato para as variáveis testadas. O segundo ensaio in vitro testou a interação do tipo de dieta com duas relações concentrado:volumoso, 20:80 e 80:20, e a inclusão de doses de nitrato encapsulado (0; 1,5; 3 e 4,5% MS). Embora não foi observado efeito associativo entre dieta e nitrato para redução de metano, foi observada mudança nos produtos da fermentação ruminal, com redução de propionato, em decorrência da concorrência de nitrato e propianogênicas por hidrogênio mais escasso em dietas com menor fermentação. Fase II: Conforme os resultados obtidos na Fase I, na segunda fase foi avaliado o efeito associativo da relação de concentrado:volumoso da dieta e a dose de nitrato sobre a emissão de metano, constituintes ruminais e toxicidade do nitrato in vivo. Utilizou-se seis borregos canulados no rúmen, distribuídos em delineamento experimental quadrado latino 6 x 6, em fatorial 2 x 3. Os fatores foram tipo de dieta (relação concentrado:volumoso 20:80 e 80:20) e inclusão de doses de nitrato encapsulado na dieta (0; 1,5 e 3% MS) em substituição gradual ao farelo de soja, totalizando seis tratamentos. Os teores de substituição do farelo de soja pelo nitrato foram em equivalente proteico de maneira a deixar as dietas isonitrogenadas. Os animais foram adaptados gradualmente a oferta de nitrato dietético para evitar problemas com toxidez. A análise de toxicidade foi avaliada pela taxa de metahemoglobina no sangue dos ovinos 3 horas após a alimentação. Nitrato reduziu a produção de metano em ambas as dietas. Os níveis de metahemoglobina no sangue dos animais não foram alterados pela adição de nitrato. Foi observado efeito associativo entre o tipo de dieta e nitrato para os produtos da fermentação ruminal, como acetato, que aumentou linearmente nas dietas com 80% de concentrado quando nitrato foi adicionado. Concluí-se que nitrato, utilizado de forma segura, é uma promissora estratégia para redução de metano entérico independentemente do tipo de dieta com que está sendo suplementado

GEOFIER: um sistema de anotação geográfica de textos com o uso de classificadores de aprendizagem de máquina.

A anotação geográfica de documentos consiste na adoção de metadados para a identificação de nomes de locais e a posição de suas ocorrências no texto. Esta informação é útil, por exemplo, para mecanismos de busca. A partir dos topônimos mencionados no texto é possível identificar o contexto espacial em que o assunto do texto está inserido, o que permite agrupar documentos que se refiram a um mesmo contexto, atribuindo ao documento um escopo geográfico. Esta Dissertação de Mestrado apresenta um novo método, batizado de Geofier, para determinação do escopo geográfico de documentos. A novidade apresentada pelo Geofier é a possibilidade da identificação do escopo geográfico de um documento por meio de classificadores de aprendizagem de máquina treinados sem o uso de um gazetteer e sem premissas quanto à língua dos textos analisados. A Wikipédia foi utilizada como fonte de um conjunto de documentos anotados geograficamente para o treinamento de uma hierarquia de Classificadores Naive Bayes e Support Vector Machines (SVMs). Uma comparação de desempenho entre o Geofier e uma reimplementação do sistema Web-a-Where foi realizada em relação à determinação do escopo geográfico dos textos da Wikipédia. A hierarquia do Geofier foi treinada e avaliada de duas formas: usando topônimos do mesmo gazetteer que o Web-a-Where e usando n-gramas extraídos dos documentos de treinamento. Como resultado, o Geofier manteve desempenho superior ao obtido pela reimplementação do Web-a-Where.

Contribution of individual to collective brands

Traditionally, literature estimates the equity of a brand or its extension but it pays little attention to collective brand equity even though collective branding is increasingly used to differentiate the homogenous products of different firms or organizations. We propose an approach that estimates the incremental effect of individual brands (or the contribution of individual brands) on collective brand equity through the various stages of a consumer hierarchical buying choice process in which decisions are nested: “whether to buy”, “what collective brand to buy” and “what individual brand to buy”. This proposal follows the approach of the Random Utility Theory, and it is theoretically argued through the Associative Networks Theory and the cybernetic model of decision making. The empirical analysis carried out in the area of collective brands in Spanish tourism finds a three-stage hierarchical sequence, and estimates the contribution of individual brands to the equity of the collective brands of “Sun, Sea and Sand” and of “World Heritage Cities”.

Nueva técnica de fusión de clasificadores aplicada a la mejora de la segmentación de audio

Este artículo presenta un nuevo algoritmo de fusión de clasificadores a partir de su matriz de confusión de la que se extraen los valores de precisión (precision) y cobertura (recall) de cada uno de ellos. Los únicos datos requeridos para poder aplicar este nuevo método de fusión son las clases o etiquetas asignadas por cada uno de los sistemas y las clases de referencia en la parte de desarrollo de la base de datos. Se describe el algoritmo propuesto y se recogen los resultados obtenidos en la combinación de las salidas de dos sistemas participantes en la campaña de evaluación de segmentación de audio Albayzin 2012. Se ha comprobado la robustez del algoritmo, obteniendo una reducción relativa del error de segmentación del 6.28% utilizando para realizar la fusión el sistema con menor y mayor tasa de error de los presentados a la evaluación.

Aplicaciones de procesamiento de lenguaje natural

El campo de procesamiento de lenguaje natural (PLN), ha tenido un gran crecimiento en los últimos años; sus áreas de investigación incluyen: recuperación y extracción de información, minería de datos, traducción automática, sistemas de búsquedas de respuestas, generación de resúmenes automáticos, análisis de sentimientos, entre otras. En este artículo se presentan conceptos y algunas herramientas con el fin de contribuir al entendimiento del procesamiento de texto con técnicas de PLN, con el propósito de extraer información relevante que pueda ser usada en un gran rango de aplicaciones. Se pueden desarrollar clasificadores automáticos que permitan categorizar documentos y recomendar etiquetas; estos clasificadores deben ser independientes de la plataforma, fácilmente personalizables para poder ser integrados en diferentes proyectos y que sean capaces de aprender a partir de ejemplos. En el presente artículo se introducen estos algoritmos de clasificación, se analizan algunas herramientas de código abierto disponibles actualmente para llevar a cabo estas tareas y se comparan diversas implementaciones utilizando la métrica F en la evaluación de los clasificadores.

Feature selection by multi-objective optimisation: Application to network anomaly detection by hierarchical self-organising maps

Feature selection is an important and active issue in clustering and classification problems. By choosing an adequate feature subset, a dataset dimensionality reduction is allowed, thus contributing to decreasing the classification computational complexity, and to improving the classifier performance by avoiding redundant or irrelevant features. Although feature selection can be formally defined as an optimisation problem with only one objective, that is, the classification accuracy obtained by using the selected feature subset, in recent years, some multi-objective approaches to this problem have been proposed. These either select features that not only improve the classification accuracy, but also the generalisation capability in case of supervised classifiers, or counterbalance the bias toward lower or higher numbers of features that present some methods used to validate the clustering/classification in case of unsupervised classifiers. The main contribution of this paper is a multi-objective approach for feature selection and its application to an unsupervised clustering procedure based on Growing Hierarchical Self-Organising Maps (GHSOMs) that includes a new method for unit labelling and efficient determination of the winning unit. In the network anomaly detection problem here considered, this multi-objective approach makes it possible not only to differentiate between normal and anomalous traffic but also among different anomalies. The efficiency of our proposals has been evaluated by using the well-known DARPA/NSL-KDD datasets that contain extracted features and labelled attacks from around 2 million connections. The selected feature sets computed in our experiments provide detection rates up to 99.8% with normal traffic and up to 99.6% with anomalous traffic, as well as accuracy values up to 99.12%.

Promoter effect of sodium in graphene-supported Ni and Ni–CeO2 catalyst for the low-temperature WGS reaction

The low temperature water–gas shift (WGS) reaction has been studied over Ni–CeO2/Graphene and Ni/Graphene. The catalysts were prepared with 5 wt.% Ni and 20 wt.% CeO2 loadings, by deposition-precipitation employing sodium hydroxide and urea as precipitating agents. The materials were characterized by TEM, powder X-ray diffraction, Raman spectroscopy, H2-temperature-programmed reduction and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The characterization and the reaction results indicated that the interaction between the active species and the support is higher than with activated carbon, and this hinders the reducibility of ceria and thus the catalytic performance. On the other hand, the presence of residual sodium in samples prepared by precipitation with NaOH facilitated the reduction of ceria. The catalytic activity was highly improved in the presence of sodium, what can be explained on the basis of an associative reaction mechanism which is favored over Ni-O-Na entities.