Spiking neural network connectivity and its potential for temporal sensory processing and variable binding

The most biologically-inspired artificial neurons are those of the third generation, and are termed spiking neurons, as individual pulses or spikes are the means by which stimuli are communicated. In essence, a spike is a short-term change in electrical potential and is the basis of communication between biological neurons. Unlike previous generations of artificial neurons, spiking neurons operate in the temporal domain, and exploit time as a resource in their computation. In 1952, Alan Lloyd Hodgkin and Andrew Huxley produced the first model of a spiking neuron; their model describes the complex electro-chemical process that enables spikes to propagate through, and hence be communicated by, spiking neurons. Since this time, improvements in experimental procedures in neurobiology, particularly with in vivo experiments, have provided an increasingly more complex understanding of biological neurons. For example, it is now well-understood that the propagation of spikes between neurons requires neurotransmitter, which is typically of limited supply. When the supply is exhausted neurons become unresponsive. The morphology of neurons, number of receptor sites, amongst many other factors, means that neurons consume the supply of neurotransmitter at different rates. This in turn produces variations over time in the responsiveness of neurons, yielding various computational capabilities. Such improvements in the understanding of the biological neuron have culminated in a wide range of different neuron models, ranging from the computationally efficient to the biologically realistic. These models enable the modeling of neural circuits found in the brain.

Spiking Neural Network Connectivity and its Potential for Temporal Sensory Processing and Variable Binding

The most biologically-inspired artificial neurons are those of the third generation, and are termed spiking neurons, as individual pulses or spikes are the means by which stimuli are communicated. In essence, a spike is a short-term change in electrical potential and is the basis of communication between biological neurons. Unlike previous generations of artificial neurons, spiking neurons operate in the temporal domain, and exploit time as a resource in their computation. In 1952, Alan Lloyd Hodgkin and Andrew Huxley produced the first model of a spiking neuron; their model describes the complex electro-chemical process that enables spikes to propagate through, and hence be communicated by, spiking neurons. Since this time, improvements in experimental procedures in neurobiology, particularly with in vivo experiments, have provided an increasingly more complex understanding of biological neurons. For example, it is now well understood that the propagation of spikes between neurons requires neurotransmitter, which is typically of limited supply. When the supply is exhausted neurons become unresponsive. The morphology of neurons, number of receptor sites, amongst many other factors, means that neurons consume the supply of neurotransmitter at different rates. This in turn produces variations over time in the responsiveness of neurons, yielding various computational capabilities. Such improvements in the understanding of the biological neuron have culminated in a wide range of different neuron models, ranging from the computationally efficient to the biologically realistic. These models enable the modelling of neural circuits found in the brain. In recent years, much of the focus in neuron modelling has moved to the study of the connectivity of spiking neural networks. Spiking neural networks provide a vehicle to understand from a computational perspective, aspects of the brain’s neural circuitry. This understanding can then be used to tackle some of the historically intractable issues with artificial neurons, such as scalability and lack of variable binding. Current knowledge of feed-forward, lateral, and recurrent connectivity of spiking neurons, and the interplay between excitatory and inhibitory neurons is beginning to shed light on these issues, by improved understanding of the temporal processing capabilities and synchronous behaviour of biological neurons. This research topic aims to amalgamate current research aimed at tackling these phenomena.

Motor delays in MDMA (ecstasy) exposed infants persist to 2years

Background Recreational use of 3,4 methylenedioxymethamphetamine (ecstasy, MDMA) is increasing worldwide. Its use by pregnant women causes concern due to potentially harmful effects on the developing fetus. MDMA, an indirect monoaminergic agonist and reuptake inhibitor, affects the serotonin and dopamine systems. Preclinical studies of fetal exposure demonstrate effects on learning, motor behavior, and memory. In the first human studies, we found prenatal MDMA exposure related to poorer motor development in the first year of life. In the present study we assessed the effects of prenatal exposure to MDMA on the trajectory of child development through 2 years of age. We hypothesized that exposure would be associated with poorer mental and motor outcomes. Materials and Methods The DAISY (Drugs and Infancy Study, 2003–2008) employed a prospective longitudinal cohort design to assess recreational drug use during pregnancy and child outcomes in the United Kingdom. Examiners masked to drug exposures followed infants from birth to 4, 12, 18, and 24 months of age. MDMA, cocaine, alcohol, tobacco, cannabis, and other drugs were quantified through a standardized clinical interview. The Bayley Scales (III) of Mental (MDI) and Motor (PDI) Development and the Behavior Rating Scales (BRS) were primary outcome measures. Statistical analyses included a repeated measures mixed model approach controlling for multiple confounders. Results Participants were pregnant women volunteers, primarily white, of middle class socioeconomic status, average IQ, with some college education, in stable partner relationships. Of 96 women enrolled, children of 93 had at least one follow-up assessment and 81 (87%) had ≥ two assessments. Heavier MDMA exposure (M = 1.3 ± 1.4 tablets per week) predicted lower PDI (p < .002), and poorer BRS motor quality from 4 to 24 months of age, but did not affect MDI, orientation, or emotional regulation. Children with heavier exposure were twice as likely to demonstrate poorer motor quality as lighter and non-exposed children (O.R. = 2.2, 95%, CI = 1.02–4.70, p < .05). Discussion Infants whose mothers reported heavier MDMA use during pregnancy had motor delays from 4 months to two years of age that were not attributable to other drug or lifestyle factors. Women of child bearing age should be cautioned about the use of MDMA and MDMA-exposed infants should be screened for motor delays and possible intervention.

Comportamento do motor linear de indução para aplicações em médias e altas velocidades

Dissertação de mest., Engenharia Eléctrica e Electrónica (Sistemas de Energia e Controlo), Univ. do Algarve, 2010

Review of state government motor vehicle resources

The LAC was requested to review state motor vehicle resources and make recommendations. It focused on three statewide objectives posed by the committees: (1) Determine if any wasteful duplication exists among state-owned vehicle maintenance facilities. (2) Identify any waste or inefficiency in the use of state owned vehicles. (3) Identify unnecessary or personal use of state-owned vehicles.

From embryonic stem cells to sensory hair cells : a programming approach

Tese de doutoramento, Ciências Biomédicas (Biologia do Desenvolvimento), Universidade de Lisboa, Faculdade de Medicina, 2014

Sensory imagery in individuals who are blind and sighted: examining unimodal and multimodal forms

Introduction: Previous research has suggested that visual images are more easily generated, more vivid and more memorable than other sensory modalities. This research examined whether or not imagery is experienced in similar ways by people with and without sight. Specifically, the imabeability of visual, auditory and tactile cue words was compared. The degree to which images were multimodal or unimodal was also examined. Method: Twelve participants totally blind from early infancy and 12 sighted participants generated images in response to 53 sensory and non sensory words, rating imageability and the sensory modality, and describing images. From these 53 items, 4 subgroups of words, which stimulated images that were predominantly visual, tactile, auditory and low-imagery, respectively, were created. Results: T-tests comparing imageability ratings from blind and sighted participants found no differences for auditory and tactile words (both p>.1). Nevertheless, whilst participants without sight found auditory and tactile images equally imageable, sighted participants found images in response to tactile cue words harder to generate than visual cue words (mean difference: -0.51, p=.025). Participants with sight were also more likely to develop multisensory images than were participants without sight (both U≥15.0, N1=12, N2=12, p≤.008). Discussion: For both the blind and sighted, auditory and tactile images were rich and varied and similar language was used. Sighted participants were more likely to generate multimodal images. This was particularly the case for tactile words. Nevertheless, cue words that resulted in multisensory images were not necessarily rated as more imageable. The discussion considers whether or not multimodal imagery represent a method of compensating for impoverished unimodal imagery. Implications for Practitioners: Imagery is important not only as a mnemonic in memory rehabilitation, but also everyday uses for things such as autobiographical memory. This research emphasises both the importance of not only auditory and tactile sensory imagery, but also spatial imagery for people without sight.

Crianças com défices no controlo motor: contributo para a elaboração do core set da Classificação Internacional de Funcionalidade, Incapacidade e Saúde (CIF)

A CIF é um sistema de classificação adotado pela OMS, que serve de referência universal para descrever, avaliar e medir saúde e incapacidade, a nível individual e ao nível da população. Contudo, apesar do interesse internacional gerado em torno da CIF, esta é considerada uma classificação complexa e extensa, fato que despoletou a criação de core sets – listas de itens da CIF especificamente selecionados pela sua relevância na descrição e qualificação de uma determinada condição de saúde – como resposta a esta problemática. Até à data, foram desenvolvidos core sets para várias patologias comuns. Contudo, apesar do controlo motor ser uma área de investigação muito reconhecida nos últimos 20 anos, ainda não possui um core set próprio. Assim, o objetivo deste estudo é contribuir para o desenvolvimento de um core set, com base na CIF-CJ, dirigido para uma descrição abrangente das competências inerentes a crianças, dos 6 aos 18 anos de idade, com défices no controlo motor. Deste modo, recorreu-se a uma revisão da literatura sobre a temática em estudo, de modo a reunir informação para a construção de uma proposta a core set, posteriormente sujeita ao escrutínio de peritos, através do recurso ao método de Delphi. Após várias rondas, foi alcançado um consenso acerca da lista final de códigos CIF que constituem o core set final.

Comportamento motor do tronco e membro superior, num sistema de posicionamento rígido e dinâmico, durante atividade

A funcionalidade dos indivíduos com Paralisia Cerebral está muitas vezes comprometida devido às alterações do movimento e do controlo postural. Dadas estas alterações, a posição de sentado oferece uma maior estabilidade sendo muitas das atividades de vida diária desempenhadas nesta posição. O objetivo mais importante de intervenção é obter o máximo de funcionalidade na posição de sentado, particularmente do membro superior. Este objectivo, na maioria das vezes, só pode ser atingido com o uso de sistemas de posicionamento que tentam colmatar as alterações posturais e do movimento. Assim, o objetivo deste estudo de caso é verificar se existem diferenças no comportamento motor do tronco e do membro superior, com um sistema de posicionamento rígido e com um sistema de posicionamento dinâmico, numa jovem com Paralisia Cerebral, aquando da ativação manual de um switch. Foi realizado um estudo de caso único em que foi feita uma análise cinemática do movimento do tronco e membro superior na ativação de um switch BigMack, em três posições de teste com distâncias diferentes. Simultaneamente mediu-se a distribuição do peso durante o movimento, através do mapa de pressão e foi registada, bilateralmente a atividade dos músculos trapézio (porção média), longuíssimo, recto abdominal e oblíquo externo. Os resultados obtidos apontam, neste caso em particular, para uma melhoria na qualidade do movimento e da distribuição de peso, com o sistema de posicionamento dinâmico, sem diferenças entre os dois sistemas relativamente à ativação muscular.

Análise do padrão motor em pessoas com diagnóstico de esquizofrenia: uma abordagem em tempo real

A esquizofrenia é uma perturbação mental grave caracterizada pela coexistência de sintomas positivos, negativos e de desorganização do pensamento e do comportamento. As alterações motoras são consistentemente observadas mas, ainda pouco estudadas na esquizofrenia, sendo relevantes para o seu diagnóstico. Neste quadro, o presente estudo tem como objetivo verificar se os indivíduos com esquizofrenia apresentam alterações na coordenação motora, comparativamente com o grupo sem esquizofrenia, bem como analisar se as disfunções dos sinais neurológicos subtis (SNS) motores se encontram correlacionadas com o funcionamento executivo e com os domínios psicopatológicos da perturbação. No total participaram 29 indivíduos (13 com diagnóstico de esquizofrenia e 16 sem diagnóstico) equivalentes em termos de idade, género, escolaridade e índice de massa corporal. Para avaliar o desempenho motor recorreu-se ao sistema Biostage de parametrização do movimento em tempo real, com a tarefa de lançameto ao alvo; a presença de SNS foi examinada através da Brief Motor Scale; o funcionamento executivo pela aplicação do subteste do Vocabulário e da fluência verbal e a sintomatologia clínica através da Positive and Negative Sindrome Scale. Pela análise cinemática do movimento constatou-se que os indivíduos com esquizofrenia recrutam um padrão motor menos desenvolvido e imaturo de movimento, com menor individualização das componentes (principalmente do tronco e pélvis), necessitando de mais tempo para executar a tarefa, comparativamente com os sujeitos sem a perturbação que evidenciaram um movimento mais avançado de movimento. Os indivíduos com esquizofrenia mostraram índices elevados de disfunção dos SNS (média =6,01) estabelecendo este domínio uma relação boa e negativa com o desempenho verbal (rho Spearman=-0,62) e uma relação forte e positiva com todos os domínios psicopatológicos (rho Spearman=0,74). O estudo da existência de alterações motoras como parte intrínseca da esquizofrenia revela-se pertinente uma vez que possibilita uma compreensão mais aprofundada da sua fisiopatologia e permite que se desenvolvam práticas mais efetivas na área da saúde e reabilitação.

Emulação de um motor de combustão interna através de um acionamento eletromecânico de velocidade variável utilizando um motor de indução trifásico

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica Ramo de Energia

Contributo do ipad® para o desenvolvimento e aprendizagem de uma criança com limitações motoras e sensoriais

Dissertação apresentada à Escola Superior de Educação de Lisboa para obtenção de grau de mestre em Educação Especial – ramo de Problemas de Cognição e Multideficiência

Influência de diferentes estratégias de estabilização lombopélvica e de programas de exercícios de controlo motor no Active Straight Leg Raise

Introdução: O Active Straight Leg Raise (ASLR) tem sido sugerido como um indicador clínico da estabilidade lombopélvica. Estratégias passivas e ativas podem contribuir para aumentar esta estabilidade, assim como programas de exercício baseados nas mesmas estratégias ativas. Objetivos: Comparar os efeitos imediatos da compressão pélvica manual (CP), do drawing-in (DI) e do bracing abdominal (BA) durante o ASLR em indivíduos com e sem dor lombopélvica crónica e inespecífica, e avaliar o efeito prolongado das manobras de estabilização ativas através dos programas de exercícios de controlo motor, Pilates e McGill. Métodos: Estudo transversal, com uma amostra de 111 voluntários, 52 sem dor lombopélvica (NLPPG) e 59 com dor lombopélvica (LPPG), e estudo experimental, formado pelo LPPG dividido em 19 no grupo controlo (GC), 20 no grupo pilates (GP) e 20 no grupo mcgill (GMg). Foi avaliado o ASLR padrão, o ASLR com CP, o ASLR com DI e ASLR com BA. Os participantes foram avaliados antes e após as 8 semanas de implementação dos programas exercícios de McGill e Richardson, apenas aos respetivos grupos. Resultados: O LPPG apresentou significativamente maior score no ASLR comparativamente ao NLPPG (z=-9,361; p<0,001). Apesar do BA ter apresentado scores inferiores às restantes estratégias (p<0,001), todas elas foram capazes de diminuir o score do ASLR (p<0,001). Após a aplicação dos programas de exercícios, verificou-se que o GP (p<0,001) e o GMg (p<0,001) apresentaram scores significativamente menores no ASLR, relativamente ao GC. No GP e no GMg verificou-se uma diminuição do score do ASLR (Z=-4,028; p<0,001; Z=-4,179; p<0,001, respetivamente). Além disso, GMg apresentou uma tendência para apresentar menores scores do ASLR comparativamente ao GP. Conclusão: Qualquer uma destas manobras de estabilização quando adicionada ao ASLR pode aumentar a estabilidade lombopélvica, especialmente o BA. Os exercícios de Pilates e de McGill permitiram melhorar os scores do ASLR.