Regional variability in visual field sensitivity during hypercapnia

PURPOSE: Previous investigations have demonstrated a relative vascular autoregulatory inefficiency of the inferior compared to the superior retina in healthy subjects breathing increased CO2. The purpose of this study was to determine whether the superior and inferior visual field sensitivities of healthy eyes are similarly affected during mild hypercapnia. DESIGN: Experimental study. METHODS: Visual field analysis (Humphrey Field Analyser; SITA standard 24-2 program) was carried out on one randomly selected eye of 22 subjects (mean age, 27.7 ± 5 years) during normal room air breathing and isoxic hypercapnia. The Student paired t-tests were used to compare the visual field indices mean deviation (MD) and pattern standard deviation (PSD) for each breathing condition. A secondary, sectoral analysis of mean pointwise sensitivity was performed for each condition. In each case a P value of <.01 was considered statistically significant (Bonferroni corrected). RESULTS: Visual field MD was -0.23 ± 0.95dB during room air breathing and -0.49 ± 1.04dB during hypercapnia (P = .034). Sectoral pointwise mean sensitivity deteriorated by 0.46dB (P = .006) in the upper visual hemifield during hypercapnia, whereas no significant difference was observed for the lower hemifield (P = .331). CONCLUSIONS: The upper visual hemifield exhibited a significantly greater degree of deterioration in pointwise visual field mean sensitivity compared to the lower hemifield during hypercapnic conditions. This suggests that the upper visual hemifield and hence inferior retina is more susceptible to insult during hypercapnia than the superior retina in healthy individuals. A regional susceptibility of inferior retinal function to altered vascular or metabolic effects may account for the earlier and more frequent inferior nerve fibre damage associated with glaucomatous optic neuropathy. © 2003 by Elsevier Science Inc. All rights reserved.

Modelagem molecular voltada para a construção de um nanobiossensor para detecção do herbicida Imazaquin

In this study, our goal was develop and describe a molecular model of the enzyme-inhibiting interaction which can be used for an optimized projection of a Microscope Force Atomic nanobiosensor to detect pesticides molecules, used in agriculture, to evaluate its accordance with limit levels stipulated in valid legislation for its use. The studied herbicide (imazaquin) is a typical member of imidazolinone family and is an inhibitor of the enzymatic activity of Acetohydroxiacid Synthase (AHAS) enzyme that is responsible for the first step of pathway for the synthesis of side-chains in amino acids. The analysis of this enzyme property in the presence of its cofactors was made to obtain structural information and charge distribution of the molecular surface to evaluate its capacity of became immobilized on the Microscopy Atomic Force tip. The computational simulation of the system, using Molecular Dynamics, was possible with the force-field parameters for the cofactor and the herbicides obtained by the online tool SwissParam and it was implemented in force-field CHARMM27, used by software GROMACS; then appropriated simulations were made to validate the new parameters. The molecular orientation of the AHAS was defined based on electrostatic map and the availability of the herbicide in the active site. Steered Molecular Dynamics (SMD) Simulations, followed by quantum mechanics calculations for more representative frames, according to the sequential QM/MM methodology, in a specific direction of extraction of the herbicide from the active site. Therefore, external harmonic forces were applied with similar force constants of AFM cantilever for to simulate herbicide detection experiments by the proposed nanobiosensor. Force value of 1391 pN and binding energy of -14048.52 kJ mol-1 were calculated.

Mécanismes psychophysiques et neuronaux de la compensation dynamique de multiples champs de force : facilitation et anticipation liée à des indices de couleur

Dans cette thèse, nous abordons le contrôle moteur du mouvement du coude à travers deux approches expérimentales : une première étude psychophysique a été effectuée chez les sujets humains, et une seconde implique des enregistrements neurophysiologiques chez le singe. Nous avons recensé plusieurs aspects non résolus jusqu’à présent dans l’apprentissage moteur, particulièrement concernant l’interférence survenant lors de l’adaptation à deux ou plusieurs champs de force anti-corrélés. Nous avons conçu un paradigme où des stimuli de couleur aident les sujets à prédire la nature du champ de force externe actuel avant qu’ils ne l’expérimentent physiquement durant des mouvements d’atteinte. Ces connaissances contextuelles faciliteraient l’adaptation à des champs de forces en diminuant l’interférence. Selon le modèle computationnel de l’apprentissage moteur MOSAIC (MOdular Selection And Identification model for Control), les stimuli de couleur aident les sujets à former « un modèle interne » de chaque champ de forces, à s’en rappeler et à faire la transition entre deux champs de force différents, sans interférence. Dans l’expérience psychophysique, quatre groupes de sujets humains ont exécuté des mouvements de flexion/extension du coude contre deux champs de forces. Chaque force visqueuse était associée à une couleur de l’écran de l’ordinateur et les deux forces étaient anti-corrélées : une force résistante (Vr) a été associée à la couleur rouge de l’écran et l’autre, assistante (Va), à la couleur verte de l’écran. Les deux premiers groupes de sujets étaient des groupes témoins : la couleur de l’écran changeait à chaque bloc de 4 essais, tandis que le champ de force ne changeait pas. Les sujets du groupe témoin Va ne rencontraient que la force assistante Va et les sujets du groupe témoin Vr performaient leurs mouvements uniquement contre une force résistante Vr. Ainsi, dans ces deux groupes témoins, les stimuli de couleur n’étaient pas pertinents pour adapter le mouvement et les sujets ne s’adaptaient qu’à une seule force (Va ou Vr). Dans les deux groupes expérimentaux, cependant, les sujets expérimentaient deux champs de forces différents dans les différents blocs d’essais (4 par bloc), associés à ces couleurs. Dans le premier groupe expérimental (groupe « indice certain », IC), la relation entre le champ de force et le stimulus (couleur de l’écran) était constante. La couleur rouge signalait toujours la force Vr tandis que la force Va était signalée par la couleur verte. L’adaptation aux deux forces anti-corrélées pour le groupe IC s’est avérée significative au cours des 10 jours d’entraînement et leurs mouvements étaient presque aussi bien ajustés que ceux des deux groupes témoins qui n’avaient expérimenté qu’une seule des deux forces. De plus, les sujets du groupe IC ont rapidement démontré des changements adaptatifs prédictifs dans leurs sorties motrices à chaque changement de couleur de l’écran, et ceci même durant leur première journée d’entraînement. Ceci démontre qu’ils pouvaient utiliser les stimuli de couleur afin de se rappeler de la commande motrice adéquate. Dans le deuxième groupe expérimental, la couleur de l’écran changeait régulièrement de vert à rouge à chaque transition de blocs d’essais, mais le changement des champs de forces était randomisé par rapport aux changements de couleur (groupe « indice-incertain », II). Ces sujets ont pris plus de temps à s’adapter aux champs de forces que les 3 autres groupes et ne pouvaient pas utiliser les stimuli de couleurs, qui n’étaient pas fiables puisque non systématiquement reliés aux champs de forces, pour faire des changements prédictifs dans leurs sorties motrices. Toutefois, tous les sujets de ce groupe ont développé une stratégie ingénieuse leur permettant d’émettre une réponse motrice « par défaut » afin de palper ou de sentir le type de la force qu’ils allaient rencontrer dans le premier essai de chaque bloc, à chaque changement de couleur. En effet, ils utilisaient la rétroaction proprioceptive liée à la nature du champ de force afin de prédire la sortie motrice appropriée pour les essais qui suivent, jusqu’au prochain changement de couleur d’écran qui signifiait la possibilité de changement de force. Cette stratégie était efficace puisque la force demeurait la même dans chaque bloc, pendant lequel la couleur de l’écran restait inchangée. Cette étude a démontré que les sujets du groupe II étaient capables d’utiliser les stimuli de couleur pour extraire des informations implicites et explicites nécessaires à la réalisation des mouvements, et qu’ils pouvaient utiliser ces informations pour diminuer l’interférence lors de l’adaptation aux forces anti-corrélées. Les résultats de cette première étude nous ont encouragés à étudier les mécanismes permettant aux sujets de se rappeler d’habiletés motrices multiples jumelées à des stimuli contextuels de couleur. Dans le cadre de notre deuxième étude, nos expériences ont été effectuées au niveau neuronal chez le singe. Notre but était alors d’élucider à quel point les neurones du cortex moteur primaire (M1) peuvent contribuer à la compensation d’un large éventail de différentes forces externes durant un mouvement de flexion/extension du coude. Par cette étude, nous avons testé l’hypothèse liée au modèle MOSAIC, selon laquelle il existe plusieurs modules contrôleurs dans le cervelet qui peuvent prédire chaque contexte et produire un signal de sortie motrice approprié pour un nombre restreint de conditions. Selon ce modèle, les neurones de M1 recevraient des entrées de la part de plusieurs contrôleurs cérébelleux spécialisés et montreraient ensuite une modulation appropriée de la réponse pour une large variété de conditions. Nous avons entraîné deux singes à adapter leurs mouvements de flexion/extension du coude dans le cadre de 5 champs de force différents : un champ nul ne présentant aucune perturbation, deux forces visqueuses anti-corrélées (assistante et résistante) qui dépendaient de la vitesse du mouvement et qui ressemblaient à celles utilisées dans notre étude psychophysique chez l’homme, une force élastique résistante qui dépendait de la position de l’articulation du coude et, finalement, un champ viscoélastique comportant une sommation linéaire de la force élastique et de la force visqueuse. Chaque champ de force était couplé à une couleur d’écran de l’ordinateur, donc nous avions un total de 5 couleurs différentes associées chacune à un champ de force (relation fixe). Les singes étaient bien adaptés aux 5 conditions de champs de forces et utilisaient les stimuli contextuels de couleur pour se rappeler de la sortie motrice appropriée au contexte de forces associé à chaque couleur, prédisant ainsi leur sortie motrice avant de sentir les effets du champ de force. Les enregistrements d’EMG ont permis d’éliminer la possibilité de co-contractions sous-tendant ces adaptations, étant donné que le patron des EMG était approprié pour compenser chaque condition de champ de force. En parallèle, les neurones de M1 ont montré des changements systématiques dans leurs activités, sur le plan unitaire et populationnel, dans chaque condition de champ de force, signalant les changements requis dans la direction, l’amplitude et le décours temporel de la sortie de force musculaire nécessaire pour compenser les 5 conditions de champs de force. Les changements dans le patron de réponse pour chaque champ de force étaient assez cohérents entre les divers neurones de M1, ce qui suggère que la plupart des neurones de M1 contribuent à la compensation de toutes les conditions de champs de force, conformément aux prédictions du modèle MOSAIC. Aussi, cette modulation de l’activité neuronale ne supporte pas l’hypothèse d’une organisation fortement modulaire de M1.

Random Access over Multi-Packet Reception Channels: A Mean-Field Approach

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-06

Gait analysis of the hind limb in Labrador Retrievers with and without cranial cruciate ligament disease

Cranial cruciate ligament (CCL) deficiency is the leading cause of lameness affecting the stifle joints of large breed dogs, especially Labrador Retrievers. Although CCL disease has been studied extensively, its exact pathogenesis and the primary cause leading to CCL rupture remain controversial. However, weakening secondary to repetitive microtrauma is currently believed to cause the majority of CCL instabilities diagnosed in dogs. Techniques of gait analysis have become the most productive tools to investigate normal and pathological gait in human and veterinary subjects. The inverse dynamics analysis approach models the limb as a series of connected linkages and integrates morphometric data to yield information about the net joint moment, patterns of muscle power and joint reaction forces. The results of these studies have greatly advanced our understanding of the pathogenesis of joint diseases in humans. A muscular imbalance between the hamstring and quadriceps muscles has been suggested as a cause for anterior cruciate ligament rupture in female athletes. Based on these findings, neuromuscular training programs leading to a relative risk reduction of up to 80% has been designed. In spite of the cost and morbidity associated with CCL disease and its management, very few studies have focused on the inverse dynamics gait analysis of this condition in dogs. The general goals of this research were (1) to further define gait mechanism in Labrador Retrievers with and without CCL-deficiency, (2) to identify individual dogs that are susceptible to CCL disease, and (3) to characterize their gait. The mass, location of the center of mass (COM), and mass moment of inertia of hind limb segments were calculated using a noninvasive method based on computerized tomography of normal and CCL-deficient Labrador Retrievers. Regression models were developed to determine predictive equations to estimate body segment parameters on the basis of simple morphometric measurements, providing a basis for nonterminal studies of inverse dynamics of the hind limbs in Labrador Retrievers. Kinematic, ground reaction forces (GRF) and morphometric data were combined in an inverse dynamics approach to compute hock, stifle and hip net moments, powers and joint reaction forces (JRF) while trotting in normal, CCL-deficient or sound contralateral limbs. Reductions in joint moment, power, and loads observed in CCL-deficient limbs were interpreted as modifications adopted to reduce or avoid painful mobilization of the injured stifle joint. Lameness resulting from CCL disease affected predominantly reaction forces during the braking phase and the extension during push-off. Kinetics also identified a greater joint moment and power of the contralateral limbs compared with normal, particularly of the stifle extensor muscles group, which may correlate with the lameness observed, but also with the predisposition of contralateral limbs to CCL deficiency in dogs. For the first time, surface EMG patterns of major hind limb muscles during trotting gait of healthy Labrador Retrievers were characterized and compared with kinetic and kinematic data of the stifle joint. The use of surface EMG highlighted the co-contraction patterns of the muscles around the stifle joint, which were documented during transition periods between flexion and extension of the joint, but also during the flexion observed in the weight bearing phase. Identification of possible differences in EMG activation characteristics between healthy patients and dogs with or predisposed to orthopedic and neurological disease may help understanding the neuromuscular abnormality and gait mechanics of such disorders in the future. Conformation parameters, obtained from femoral and tibial radiographs, hind limb CT images, and dual-energy X-ray absorptiometry, of hind limbs predisposed to CCL deficiency were compared with the conformation parameters from hind limbs at low risk. A combination of tibial plateau angle and femoral anteversion angle measured on radiographs was determined optimal for discriminating predisposed and non-predisposed limbs for CCL disease in Labrador Retrievers using a receiver operating characteristic curve analysis method. In the future, the tibial plateau angle (TPA) and femoral anteversion angle (FAA) may be used to screen dogs suspected of being susceptible to CCL disease. Last, kinematics and kinetics across the hock, stifle and hip joints in Labrador Retrievers presumed to be at low risk based on their radiographic TPA and FAA were compared to gait data from dogs presumed to be predisposed to CCL disease for overground and treadmill trotting gait. For overground trials, extensor moment at the hock and energy generated around the hock and stifle joints were increased in predisposed limbs compared to non predisposed limbs. For treadmill trials, dogs qualified as predisposed to CCL disease held their stifle at a greater degree of flexion, extended their hock less, and generated more energy around the stifle joints while trotting on a treadmill compared with dogs at low risk. This characterization of the gait mechanics of Labrador Retrievers at low risk or predisposed to CCL disease may help developing and monitoring preventive exercise programs to decrease gastrocnemius dominance and strengthened the hamstring muscle group.

Mécanismes psychophysiques et neuronaux de la compensation dynamique de multiples champs de force : facilitation et anticipation liée à des indices de couleur

Dans cette thèse, nous abordons le contrôle moteur du mouvement du coude à travers deux approches expérimentales : une première étude psychophysique a été effectuée chez les sujets humains, et une seconde implique des enregistrements neurophysiologiques chez le singe. Nous avons recensé plusieurs aspects non résolus jusqu’à présent dans l’apprentissage moteur, particulièrement concernant l’interférence survenant lors de l’adaptation à deux ou plusieurs champs de force anti-corrélés. Nous avons conçu un paradigme où des stimuli de couleur aident les sujets à prédire la nature du champ de force externe actuel avant qu’ils ne l’expérimentent physiquement durant des mouvements d’atteinte. Ces connaissances contextuelles faciliteraient l’adaptation à des champs de forces en diminuant l’interférence. Selon le modèle computationnel de l’apprentissage moteur MOSAIC (MOdular Selection And Identification model for Control), les stimuli de couleur aident les sujets à former « un modèle interne » de chaque champ de forces, à s’en rappeler et à faire la transition entre deux champs de force différents, sans interférence. Dans l’expérience psychophysique, quatre groupes de sujets humains ont exécuté des mouvements de flexion/extension du coude contre deux champs de forces. Chaque force visqueuse était associée à une couleur de l’écran de l’ordinateur et les deux forces étaient anti-corrélées : une force résistante (Vr) a été associée à la couleur rouge de l’écran et l’autre, assistante (Va), à la couleur verte de l’écran. Les deux premiers groupes de sujets étaient des groupes témoins : la couleur de l’écran changeait à chaque bloc de 4 essais, tandis que le champ de force ne changeait pas. Les sujets du groupe témoin Va ne rencontraient que la force assistante Va et les sujets du groupe témoin Vr performaient leurs mouvements uniquement contre une force résistante Vr. Ainsi, dans ces deux groupes témoins, les stimuli de couleur n’étaient pas pertinents pour adapter le mouvement et les sujets ne s’adaptaient qu’à une seule force (Va ou Vr). Dans les deux groupes expérimentaux, cependant, les sujets expérimentaient deux champs de forces différents dans les différents blocs d’essais (4 par bloc), associés à ces couleurs. Dans le premier groupe expérimental (groupe « indice certain », IC), la relation entre le champ de force et le stimulus (couleur de l’écran) était constante. La couleur rouge signalait toujours la force Vr tandis que la force Va était signalée par la couleur verte. L’adaptation aux deux forces anti-corrélées pour le groupe IC s’est avérée significative au cours des 10 jours d’entraînement et leurs mouvements étaient presque aussi bien ajustés que ceux des deux groupes témoins qui n’avaient expérimenté qu’une seule des deux forces. De plus, les sujets du groupe IC ont rapidement démontré des changements adaptatifs prédictifs dans leurs sorties motrices à chaque changement de couleur de l’écran, et ceci même durant leur première journée d’entraînement. Ceci démontre qu’ils pouvaient utiliser les stimuli de couleur afin de se rappeler de la commande motrice adéquate. Dans le deuxième groupe expérimental, la couleur de l’écran changeait régulièrement de vert à rouge à chaque transition de blocs d’essais, mais le changement des champs de forces était randomisé par rapport aux changements de couleur (groupe « indice-incertain », II). Ces sujets ont pris plus de temps à s’adapter aux champs de forces que les 3 autres groupes et ne pouvaient pas utiliser les stimuli de couleurs, qui n’étaient pas fiables puisque non systématiquement reliés aux champs de forces, pour faire des changements prédictifs dans leurs sorties motrices. Toutefois, tous les sujets de ce groupe ont développé une stratégie ingénieuse leur permettant d’émettre une réponse motrice « par défaut » afin de palper ou de sentir le type de la force qu’ils allaient rencontrer dans le premier essai de chaque bloc, à chaque changement de couleur. En effet, ils utilisaient la rétroaction proprioceptive liée à la nature du champ de force afin de prédire la sortie motrice appropriée pour les essais qui suivent, jusqu’au prochain changement de couleur d’écran qui signifiait la possibilité de changement de force. Cette stratégie était efficace puisque la force demeurait la même dans chaque bloc, pendant lequel la couleur de l’écran restait inchangée. Cette étude a démontré que les sujets du groupe II étaient capables d’utiliser les stimuli de couleur pour extraire des informations implicites et explicites nécessaires à la réalisation des mouvements, et qu’ils pouvaient utiliser ces informations pour diminuer l’interférence lors de l’adaptation aux forces anti-corrélées. Les résultats de cette première étude nous ont encouragés à étudier les mécanismes permettant aux sujets de se rappeler d’habiletés motrices multiples jumelées à des stimuli contextuels de couleur. Dans le cadre de notre deuxième étude, nos expériences ont été effectuées au niveau neuronal chez le singe. Notre but était alors d’élucider à quel point les neurones du cortex moteur primaire (M1) peuvent contribuer à la compensation d’un large éventail de différentes forces externes durant un mouvement de flexion/extension du coude. Par cette étude, nous avons testé l’hypothèse liée au modèle MOSAIC, selon laquelle il existe plusieurs modules contrôleurs dans le cervelet qui peuvent prédire chaque contexte et produire un signal de sortie motrice approprié pour un nombre restreint de conditions. Selon ce modèle, les neurones de M1 recevraient des entrées de la part de plusieurs contrôleurs cérébelleux spécialisés et montreraient ensuite une modulation appropriée de la réponse pour une large variété de conditions. Nous avons entraîné deux singes à adapter leurs mouvements de flexion/extension du coude dans le cadre de 5 champs de force différents : un champ nul ne présentant aucune perturbation, deux forces visqueuses anti-corrélées (assistante et résistante) qui dépendaient de la vitesse du mouvement et qui ressemblaient à celles utilisées dans notre étude psychophysique chez l’homme, une force élastique résistante qui dépendait de la position de l’articulation du coude et, finalement, un champ viscoélastique comportant une sommation linéaire de la force élastique et de la force visqueuse. Chaque champ de force était couplé à une couleur d’écran de l’ordinateur, donc nous avions un total de 5 couleurs différentes associées chacune à un champ de force (relation fixe). Les singes étaient bien adaptés aux 5 conditions de champs de forces et utilisaient les stimuli contextuels de couleur pour se rappeler de la sortie motrice appropriée au contexte de forces associé à chaque couleur, prédisant ainsi leur sortie motrice avant de sentir les effets du champ de force. Les enregistrements d’EMG ont permis d’éliminer la possibilité de co-contractions sous-tendant ces adaptations, étant donné que le patron des EMG était approprié pour compenser chaque condition de champ de force. En parallèle, les neurones de M1 ont montré des changements systématiques dans leurs activités, sur le plan unitaire et populationnel, dans chaque condition de champ de force, signalant les changements requis dans la direction, l’amplitude et le décours temporel de la sortie de force musculaire nécessaire pour compenser les 5 conditions de champs de force. Les changements dans le patron de réponse pour chaque champ de force étaient assez cohérents entre les divers neurones de M1, ce qui suggère que la plupart des neurones de M1 contribuent à la compensation de toutes les conditions de champs de force, conformément aux prédictions du modèle MOSAIC. Aussi, cette modulation de l’activité neuronale ne supporte pas l’hypothèse d’une organisation fortement modulaire de M1.

Effet de la douleur expérimentale tonique sur l’acquisition et la rétention d’une adaptation locomotrice

Introduction : Une proportion importante des individus ayant recours à des services de réadaptation physique vit avec de la douleur et des incapacités locomotrices. Plusieurs interventions proposées par les professionnels de la réadaptation afin de cibler leurs difficultés locomotrices nécessitent des apprentissages moteurs. Toutefois, très peu d’études ont évalué l’influence de la douleur sur l’apprentissage moteur et aucune n’a ciblé l’apprentissage d’une nouvelle tâche locomotrice. L’objectif de la thèse était d’évaluer l’influence de stimulations nociceptives cutanée et musculaire sur l’acquisition et la rétention d’une adaptation locomotrice. Méthodologie : Des individus en santé ont participé à des séances de laboratoire lors de deux journées consécutives. Lors de chaque séance, les participants devaient apprendre à marcher le plus normalement possible en présence d’un champ de force perturbant les mouvements de leur cheville, produit par une orthèse robotisée. La première journée permettait d’évaluer le comportement des participants lors de la phase d’acquisition de l’apprentissage. La seconde journée permettait d’évaluer leur rétention. Selon le groupe expérimental, l’apprentissage se faisait en présence d’une stimulation nociceptive cutanée, musculaire ou d’aucune stimulation (groupe contrôle). Initialement, l’application du champ de force provoquait d’importantes déviations des mouvements de la cheville (i.e. erreurs de mouvement), que les participants apprenaient graduellement à réduire en compensant activement la perturbation. L’erreur de mouvement moyenne durant la phase d’oscillation (en valeur absolue) a été quantifiée comme indicateur de performance. Une analyse plus approfondie des erreurs de mouvement et de l’activité musculaire a permis d’évaluer les stratégies motrices employées par les participants. Résultats : Les stimulations nociceptives n’ont pas affecté la performance lors de la phase d’acquisition de l’apprentissage moteur. Cependant, en présence de douleur, les erreurs de mouvement résiduelles se trouvaient plus tard dans la phase d’oscillation, suggérant l’utilisation d’une stratégie motrice moins anticipatoire que pour le groupe contrôle. Pour le groupe douleur musculaire, cette stratégie était associée à une activation précoce du muscle tibial antérieur réduite. La présence de douleur cutanée au Jour 1 interférait avec la performance des participants au Jour 2, lorsque le test de rétention était effectué en absence de douleur. Cet effet n’était pas observé lorsque la stimulation nociceptive cutanée était appliquée les deux jours, ou lorsque la douleur au Jour 1 était d’origine musculaire. Conclusion : Les résultats de cette thèse démontrent que dans certaines circonstances la douleur peut influencer de façon importante la performance lors d’un test de rétention d’une adaptation locomotrice, malgré une performance normale lors de la phase d’acquisition. Cet effet, observé uniquement avec la douleur cutanée, semble cependant plus lié au changement de contexte entre l’acquisition des habiletés motrices et le test de rétention (avec vs. sans douleur) qu’à une interférence directe avec la consolidation des habiletés motrices. Par ailleurs, malgré l’absence d’influence de la douleur sur la performance des participants lors de la phase d’acquisition de l’apprentissage, les stratégies motrices utilisées par ceux-ci étaient différentes de celles employées par le groupe contrôle.

Multiscale modeling of light-harvesting systems based on rhodamine B aggregates

Rhodamine B (RB) has been successfully exploited in the synthesis of light harvesting systems, but since RB is prone to form dimers acting as quenchers for the fluorescence, high energy transfer efficiencies can be reached only when using bulky and hydrophobic counterions acting as spacers between RBs. In this PhD thesis, a multiscale theoretical study aimed at providing insights into the structural, photophysical and optical properties of RB and its aggregates is presented. At the macroscopic level (no atomistic details) a phenomenological model describing the fluorescence decay of RB networks in presence of both quenching from dimers and exciton-exciton annihiliation is presented and analysed, showing that the quenching from dimers affects the decay only at long times, a feature that can be exploited in global fitting analysis to determine relevant chemical and photophysical information. At the mesoscopic level (atomistic details but no electronic structure) the RB aggregation in water in presence of different counterions is studied with molecular dynamics (MD) simulations. A new force field has been parametrized for describing the RB flexibility and the RB-RB interaction driving the dimerization. Simulations correctly predict the RB/counterion aggregation only in presence of bulky and hydrophobic counterion and its ability to prevent the dimerization. Finally, at the microscopic level, DFT calculations are performed to demonstrate the spacing action of bulky counterions, but standard TDDFT calculations are showed to fail in correctly describing the excited states of RB and its dimers. Moreover, also standard procedures proposed in literature for obtaining ad hoc functionals are showed to not work properly. A detailed analysis on the effect of the exact exchange shows that its short-range contribution is the crucial quantity for ameliorating results, and a new functional containing a proper amount of such an exchange is proposed and successfully tested.

Ihwg-μnir: A Miniaturised Near-infrared Gas Sensor Based On Substrate-integrated Hollow Waveguides Coupled To A Micro-nir-spectrophotometer.

A miniaturised gas analyser is described and evaluated based on the use of a substrate-integrated hollow waveguide (iHWG) coupled to a microsized near-infrared spectrophotometer comprising a linear variable filter and an array of InGaAs detectors. This gas sensing system was applied to analyse surrogate samples of natural fuel gas containing methane, ethane, propane and butane, quantified by using multivariate regression models based on partial least square (PLS) algorithms and Savitzky-Golay 1(st) derivative data preprocessing. The external validation of the obtained models reveals root mean square errors of prediction of 0.37, 0.36, 0.67 and 0.37% (v/v), for methane, ethane, propane and butane, respectively. The developed sensing system provides particularly rapid response times upon composition changes of the gaseous sample (approximately 2 s) due the minute volume of the iHWG-based measurement cell. The sensing system developed in this study is fully portable with a hand-held sized analyser footprint, and thus ideally suited for field analysis. Last but not least, the obtained results corroborate the potential of NIR-iHWG analysers for monitoring the quality of natural gas and petrochemical gaseous products.

Explosive Synchronization With Partial Degree-frequency Correlation.

Networks of Kuramoto oscillators with a positive correlation between the oscillators frequencies and the degree of their corresponding vertices exhibit so-called explosive synchronization behavior, which is now under intensive investigation. Here we study and discuss explosive synchronization in a situation that has not yet been considered, namely when only a part, typically a small part, of the vertices is subjected to a degree-frequency correlation. Our results show that in order to have explosive synchronization, it suffices to have degree-frequency correlations only for the hubs, the vertices with the highest degrees. Moreover, we show that a partial degree-frequency correlation does not only promotes but also allows explosive synchronization to happen in networks for which a full degree-frequency correlation would not allow it. We perform a mean-field analysis and our conclusions were corroborated by exhaustive numerical experiments for synthetic networks and also for the undirected and unweighed version of a typical benchmark biological network, namely the neural network of the worm Caenorhabditis elegans. The latter is an explicit example where partial degree-frequency correlation leads to explosive synchronization with hysteresis, in contrast with the fully correlated case, for which no explosive synchronization is observed.

O esporte paraolímpico no Brasil : abordagem da sociologia do esporte de Pierre Bourdieu

Universidade Estadual de Campinas . Faculdade de Educação Física

Structural and chemical basis for anticancer activity of a series of 'beta'-tubulin ligands: molecular modeling and 3D QSAR studies

An important approach to cancer therapy is the design of small molecule modulators that interfere with microtubule dynamics through their specific binding to the ²-subunit of tubulin. In the present work, comparative molecular field analysis (CoMFA) studies were conducted on a series of discodermolide analogs with antimitotic properties. Significant correlation coefficients were obtained (CoMFA(i), q² =0.68, r²=0.94; CoMFA(ii), q² = 0.63, r²= 0.91), indicating the good internal and external consistency of the models generated using two independent structural alignment strategies. The models were externally validated employing a test set, and the predicted values were in good agreement with the experimental results. The final QSAR models and the 3D contour maps provided important insights into the chemical and structural basis involved in the molecular recognition process of this family of discodermolide analogs, and should be useful for the design of new specific ²-tubulin modulators with potent anticancer activity.

Atomistic molecular dynamics study of interface formation: Al on poly(p-phenylene vinylene)

We model interface formation by metal deposition on the conjugated polymer poly-para-phenylene vinylene, studying direct aluminum and layered aluminum-calcium structures Al/PPV and Al/Ca/PPV. To do that we use classical molecular dynamics simulations, checked by ab initio density-functional theory calculations, for selected relevant configurations. We find that Al not only migrates easily into the film, with a strong charge transfer to the neighboring chains, but also promotes rearrangement of the polymer in the interfacial region to the hexagonal structure. On the other hand, our results indicate that a thin Ca layer is sufficient to protect the film and maintain a well-defined metal/polymer interface, and that also a thin Al capping layer may protect the whole from environmental degradation.

Molecular dynamics simulation of liquid trimethylphosphine

Structural and dynamical properties of liquid trimethylphosphine (TMP), (CH(3))(3)P, as a function of temperature is investigated by molecular dynamics (MD) simulations. The force field used in the MD simulations, which has been proposed from molecular mechanics and quantum chemistry calculations, is able to reproduce the experimental density of liquid TMP at room temperature. Equilibrium structure is investigated by the usual radial distribution function, g(r), and also in the reciprocal space by the static structure factor, S(k). On the basis of center of mass distances, liquid TMP behaves like a simple liquid of almost spherical particles, but orientational correlation due to dipole-dipole interactions is revealed at short-range distances. Single particle and collective dynamics are investigated by several time correlation functions. At high temperatures, diffusion and reorientation occur at the same time range as relaxation of the liquid structure. Decoupling of these dynamic properties starts below ca. 220 K, when rattling dynamics of a given TMP molecules due to the cage effect of neighbouring molecules becomes important. (C) 2011 American Institute of Physics. [doi: 10.1063/1.3624408]

Distinct conformational properties determined by implicit and explicit representation of protein-solvent interactions. An analytical and computer simulation study

In the protein folding problem, solvent-mediated forces are commonly represented by intra-chain pairwise contact energy. Although this approximation has proven to be useful in several circumstances, it is limited in some other aspects of the problem. Here we show that it is possible to achieve two models to represent the chain-solvent system. one of them with implicit and other with explicit solvent, such that both reproduce the same thermodynamic results. Firstly, lattice models treated by analytical methods, were used to show that the implicit and explicitly representation of solvent effects can be energetically equivalent only if local solvent properties are time and spatially invariant. Following, applying the same reasoning Used for the lattice models, two inter-consistent Monte Carlo off-lattice models for implicit and explicit solvent are constructed, being that now in the latter the solvent properties are allowed to fluctuate. Then, it is shown that the chain configurational evolution as well as the globule equilibrium conformation are significantly distinct for implicit and explicit solvent systems. Actually, strongly contrasting with the implicit solvent version, the explicit solvent model predicts: (i) a malleable globule, in agreement with the estimated large protein-volume fluctuations; (ii) thermal conformational stability, resembling the conformational hear resistance of globular proteins, in which radii of gyration are practically insensitive to thermal effects over a relatively wide range of temperatures; and (iii) smaller radii of gyration at higher temperatures, indicating that the chain conformational entropy in the unfolded state is significantly smaller than that estimated from random coil configurations. Finally, we comment on the meaning of these results with respect to the understanding of the folding process. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.