Event-related functional MRI: Past, present, and future

The past two decades have seen an enormous growth in the field of human brain mapping. Investigators have extensively exploited techniques such as positron emission tomography and MRI to map patterns of brain activity based on changes in cerebral hemodynamics. However, until recently, most studies have investigated equilibrium changes in blood flow measured over time periods upward of 1 min. The advent of high-speed MRI methods, capable of imaging the entire brain with a temporal resolution of a few seconds, allows for brain mapping based on more transient aspects of the hemodynamic response. Today it is now possible to map changes in cerebrovascular parameters essentially in real time, conferring the ability to observe changes in brain state that occur over time periods of seconds. Furthermore, because robust hemodynamic alterations are detectable after neuronal stimuli lasting only a few tens of milliseconds, a new class of task paradigms designed to measure regional responses to single sensory or cognitive events can now be studied. Such “event related” functional MRI should provide for fundamentally new ways to interrogate brain function, and allow for the direct comparison and ultimately integration of data acquired by using more traditional behavioral and electrophysiological methods.

Parallel human genome analysis: microarray-based expression monitoring of 1000 genes.

Microarrays containing 1046 human cDNAs of unknown sequence were printed on glass with high-speed robotics. These 1.0-cm2 DNA "chips" were used to quantitatively monitor differential expression of the cognate human genes using a highly sensitive two-color hybridization assay. Array elements that displayed differential expression patterns under given experimental conditions were characterized by sequencing. The identification of known and novel heat shock and phorbol ester-regulated genes in human T cells demonstrates the sensitivity of the assay. Parallel gene analysis with microarrays provides a rapid and efficient method for large-scale human gene discovery.

The hippocampal formation participates in novel picture encoding: evidence from functional magnetic resonance imaging.

Considerable evidence exists to support the hypothesis that the hippocampus and related medial temporal lobe structures are crucial for the encoding and storage of information in long-term memory. Few human imaging studies, however, have successfully shown signal intensity changes in these areas during encoding or retrieval. Using functional magnetic resonance imaging (fMRI), we studied normal human subjects while they performed a novel picture encoding task. High-speed echo-planar imaging techniques evaluated fMRI signal changes throughout the brain. During the encoding of novel pictures, statistically significant increases in fMRI signal were observed bilaterally in the posterior hippocampal formation and parahippocampal gyrus and in the lingual and fusiform gyri. To our knowledge, this experiment is the first fMRI study to show robust signal changes in the human hippocampal region. It also provides evidence that the encoding of novel, complex pictures depends upon an interaction between ventral cortical regions, specialized for object vision, and the hippocampal formation and parahippocampal gyrus, specialized for long-term memory.

Near-membrane [Ca2+] transients resolved using the Ca2+ indicator FFP18.

(Ca2+)-sensitive processes at cell membranes involved in contraction, secretion, and neurotransmitter release are activated in situ or in vitro by Ca2+ concentrations ([Ca2+]) 10-100 times higher than [Ca2+] measured during stimulation in intact cells. This paradox might be explained if the local [Ca2+] at the cell membrane is very different from that in the rest of the cell. Soluble Ca2+ indicators, which indicate spatially averaged cytoplasmic [Ca2+], cannot resolve these localized, near-membrane [Ca2+] signals. FFP18, the newest Ca2+ indicator designed to selectively monitor near-membrane [Ca2+], has a lower Ca2+ affinity and is more water soluble than previously used membrane-associating Ca2+ indicators. Images of the intracellular distribution of FFP18 show that >65% is located on or near the plasma membrane. [Ca2+] transients recorded using FFP18 during membrane depolarization-induced Ca2+ influx show that near-membrane [Ca2+] rises faster and reaches micromolar levels at early times when the cytoplasmic [Ca2+], recorded using fura-2, has risen to only a few hundred nanomolar. High-speed series of digital images of [Ca2+] show that near-membrane [Ca2+], reported by FFP18, rises within 20 msec, peaks at 50-100 msec, and then declines. [Ca2+] reported by fura-2 rose slowly and continuously throughout the time images were acquired. The existence of these large, rapid increases in [Ca2+] directly beneath the surface membrane may explain how numerous (Ca2+)-sensitive membrane processes are activated at times when bulk cytoplasmic [Ca2+] changes are too small to activate them.

Estudo da geometria da aresta de corte de ferramentas aplicadas ao torneamento de superligas à base de níquel com alta velocidade de corte

Pesquisadores e indústrias de todo o mundo estão firmemente comprometidos com o propósito de fazer o processo de usinagem ser precisamente veloz e produtivo. A forte concorrência mundial gerou a procura por processos de usinagem econômicos, com grande capacidade de produção de cavacos e que produzam peças com elevada qualidade. Dentre as novas tecnologias que começaram a ser empregadas, e deve tornar-se o caminho certo a ser trilhado na busca da competitividade em curto espaço de tempo, está a tecnologia de usinagem com altas velocidades (HSM de High Speed Machining). A tecnologia HSM surge como componente essencial na otimização dos esforços para manutenção e aumento da competitividade global das empresas. Durante os últimos anos a usinagem com alta velocidade tem ganhado grande importância, sendo dada uma maior atenção ao desenvolvimento e à disponibilização no mercado de máquinas-ferramentas com rotações muito elevadas (20.000 - 100.000 rpm). O processo de usinagem com alta velocidade está sendo usado não apenas para ligas de alumínio e cobre, mas também para materiais de difícil usinabilidade, como os aços temperados e superligas à base de níquel. Porém, quando se trata de materiais de difícil corte, têm-se observado poucas publicações, principalmente no processo de torneamento. Mas, antes que a tecnologia HSM possa ser empregada de uma forma econômica, todos os componentes envolvidos no processo de usinagem, incluindo a máquina, o eixo-árvore, a ferramenta e o pessoal, precisam estar afinados com as peculiaridades deste novo processo. No que diz respeito às máquinas-ferramenta, isto significa que elas têm que satisfazer requisitos particulares de segurança. As ferramentas, devido à otimização de suas geometrias, substratos e revestimentos, contribuem para o sucesso deste processo. O presente trabalho objetiva estudar o comportamento de diversas geometrias ) de insertos de cerâmica (Al2O3 + SiCw e Al2O3 + TIC) e PCBN com duas concentrações de CBN na forma padrão, assim como modificações na geometria das arestas de corte empregadas em torneamento com alta velocidade em superligas à base de níquel (Inconel 718 e Waspaloy). Os materiais foram tratados termicamente para dureza de 44 e 40 HRC respectivamente, e usinados sob condição de corte a seco e com utilização da técnica de mínima quantidade de lubrificante (minimal quantity lubricant - MQL) visando atender requisitos ambientais. As superligas à base de níquel são conhecidas como materiais de difícil usinabilidade devido à alta dureza, alta resistência mecânica em alta temperatura, afinidade para reagir com materiais da ferramenta e baixa condutividade térmica. A usinagem de superligas afeta negativamente a integridade da peça. Por essa razão, cuidados especiais devem ser tomados para assegurar a vida da ferramenta e a integridade superficial de componentes usinados por intermédio de controle dos principais parâmetros de usinagem. Experimentos foram realizados sob diversas condições de corte e geometrias de ferramentas para avaliação dos parâmetros: força de corte, temperatura, emissão acústica e integridade superficial (rugosidade superficial, tensão residual, microdureza e microestrutura) e mecanismos de desgaste. Mediante os resultados apresentados, recomenda-se à geometria de melhor desempenho nos parâmetros citados e confirma-se a eficiência da técnica MQL. Dentre as ferramentas e geometrias testadas, a que apresentou melhor desempenho foi a ferramenta cerâmica CC650 seguida da ferramenta cerâmica CC670 ambas com formato redondo e geometria 2 (chanfro em T de 0,15 x 15º com raio de aresta de 0,03 mm).

Caracterização da estrutura turbulenta em escoamentos aerados em canal de forte declividade com auxílio de técnicas de velocimetria a laser

Este trabalho é continuação da linha de pesquisa em escoamentos de alta velocidade, aerados, conduzida no departamento de Hidráulica e Saneamento da EESC/USP. O trabalho tem cunho experimental visando elucidar aspectos de enlaçamento de ar pela água, como resultado das flutuações turbulentas do escoamento do líquido. Medidas de vazão de ar e água, perfis de velocidade do escoamento líquido, perfis de concentração de ar no escoamento bifásico, perfis de intensidade turbulenta, comprimentos de jatos no salto sobre o aerador, foram efetuados com o fito de testar modelos que quantificam o enlaçamento de ar. Propostas básicas de quantificação de vazões de ar são apresentadas, fundamentadas em propostas da literatura, que mostram coerência entre vazões medidas diretamente e vazões estimadas. A metodologia desenvolvida no presente estudo permite obter adequadamente as grandezas relevantes para escoamentos aerados de alta velocidade. Quanto aos resultados obtidos, quando confrontados com os da literatura, indicam que há maiores incertezas para as propostas que envolvem principalmente as intensidades turbulentas.

O português de herança em território fronteiriço: a LH em Olivença como arma para preservação de um grupo minoritário

Esta pesquisa tem como objetivo investigar a língua portuguesa nativa e de herança sobreviventes em território fronteiriço de língua oficial espanhola. Como locus de pesquisa selecionamos Olivença, uma cidade da Espanha em que a língua portuguesa se faz em situações específicas de uso. A relevância desta pesquisa traduz-se no fato de que espaços fronteiriços mantêm sobrepostas em espaços geográficos contíguos algumas realidades que se sobrepõem: a realidade da oficialidade linguística e a realidade do sentimento de pertença sociolinguística. Nesta tese, partimos da identificação, em trabalho de campo, da presença da língua portuguesa no território atualmente espanhol (mas historicamente português) e na constatação de que há uma flutuação de identificação-identidade linguística. No espaço geográfico em que fizemos incursão científica, duas cidades sobrepõem-se historicamente e duas geografias políticas, por outro lado, avizinham-se e roçam-se continuamente. Ao tomar contato com essa cidade, hipotetizamos que o sentimento de pertença linguística estaria presente entre os falantes mais velhos, que manteriam a herança de traços lusitanos em sua comunicação, mesmo ao falar o espanhol. A justificativa é que, logo de chegada, já avistáramos recintos comerciais com nomes portugueses e, contrariamente, não ouvíamos o som lusitano nas ruas. Sabemos que o domínio espanhol numa cidade outrora portuguesa tenderia a apagar vestígios portugueses. No entanto, em grupos íntimos pressupúnhamos o português como língua corrente. Durante o trabalho de campo, identificamos fortes valores culturais sendo empunhados como armas de resistência entre descendentes de portugueses, fazendo correr numa velocidade acentuada a reorganização dos valores lusitanos em redutos da cidade espanhola. Essa força e essa velocidade pareciam ser as molas propulsoras de uma mudança linguística muito sorrateira, que impactava o sentimento de unidade de um segmento social da comunidade sociolinguística. Isso nos inspirou a dar um passo investigativo seguinte em direção aos mais jovens, que tinham o espanhol como língua materna, mas tinham o português como língua de herança. À pergunta central sobre a força do português como língua de herança buscamos respostas por meio de duas outras questões mais indiretas feitas aos sujeitos entrevistados: será que os mais jovens percebiam-se como portugueses? será que os elementos culturais lusitanos presentes nas ruas eram reconhecidos como vinculados à língua de herança? Foi assim que passamos a recolher pistas sobre os traços de resiliência do português como língua incrustada na região espanhola de Olivença.

Influência da rigidez vertical no comportamento mecânico e dimensionamento da via permanente ferroviária.

A via permanente representa um elemento imprescindível na composição do transporte ferroviário e seu desempenho deve ser adequado, de forma a garantir tanto segurança quanto conforto. Assim, diversos aspectos devem ser analisados ainda na fase de projeto, através de dimensionamentos que confrontem diferentes parâmetros da resposta da via e os limites estabelecidos. Dessa forma, o conhecimento do comportamento mecânico da via, devido aos esforços impostos pela passagem do material rodante, passa a ser essencial no projeto de uma estrutura que garanta os requisitos necessários, sem ser inviável economicamente. Visto que esse comportamento mecânico é muito sensível à rigidez vertical da estrutura, o presente trabalho apresenta análises da influência desse parâmetro na resposta da via e, consequentemente, no seu dimensionamento. Nesse contexto, o trabalho abrange tanto o caso de vias em lastro solicitadas por trens de carga, quanto o caso de vias em laje solicitadas por trens de passageiros em meios urbanos. No primeiro caso são realizados estudos paramétricos, por meio de modelos clássicos e um modelo mecanicista, para a análise de momentos fletores e deflexões nos trilhos, bem como tensões verticais nas camadas de lastro, sub-lastro e subleito. Já no segundo caso, são realizados estudos paramétricos relativos à transmissibilidade e à atenuação de vibrações causadoras de ruído secundário. Também é feita uma análise da influência da rigidez vertical na amplificação dinâmica das cargas estáticas, que pode ser aplicada a ambos os casos citados e até extrapolada para casos de vias de alta velocidade. Os resultados mostraram que aumentos de rigidez vertical resultam em ganhos do ponto de vista de momentos fletores e deflexões nos trilhos, além de maior resistência e capacidade de dissipação de tensões verticais nas camadas de lastro, sub-lastro e subleito. Por outro lado, esses aumentos também levaram a maiores tensões nas camadas subjacentes à grade citadas, além de atenuações de vibrações em menores intervalos de frequência e maiores amplificações dinâmicas das cargas estáticas em vias de alta velocidade. Assim, é mostrado que a influência da rigidez vertical, tanto da via como um todo quanto de alguns elementos específicos, não deve ser analisada de forma genérica, pois, dependendo do parâmetro da resposta da via considerado no dimensionamento, seu aumento pode representar uma influência positiva ou negativa.

Modelo computacional para avaliação do desempenho hidrodinâmico de embarcações de planeio em águas calmas.

Em geral, uma embarcação de planeio é projetada para atingir elevados níveis de velocidade. Esse atributo de desempenho está diretamente relacionado ao porte da embarcação e à potência instalada em sua planta propulsiva. Tradicionalmente, durante o projeto de uma embarcação, as análises de desempenho são realizadas através de resultados de embarcações já existentes, retirados de séries sistemáticas ou de embarcações já desenvolvidas pelo estaleiro e/ou projetista. Além disso, a determinação dos atributos de desempenho pode ser feita através de métodos empíricos e/ou estatísticos, onde a embarcação é representada através de seus parâmetros geométricos principais; ou a partir de testes em modelos em escala reduzida ou protótipos. No caso específico de embarcações de planeio, o custo dos testes em escala reduzida é muito elevado em relação ao custo de projeto. Isso faz com que a maioria dos projetistas não opte por ensaios experimentais das novas embarcações em desenvolvimento. Ao longo dos últimos anos, o método de Savitsky foi largamente utilizado para se realizar estimativas de potência instalada de uma embarcação de planeio. Esse método utiliza um conjunto de equações semi-empíricas para determinar os esforços atuantes na embarcação, a partir dos quais é possível determinar a posição de equilíbrio de operação e a força propulsora necessária para navegar em uma dada velocidade. O método de Savitsky é muito utilizado nas fases iniciais de projeto, onde a geometria do casco ainda não foi totalmente definida, pois utiliza apenas as características geométricas principais da embarcação para realização das estimativas de esforços. À medida que se avança nas etapas de projeto, aumenta o detalhamento necessário das estimativas de desempenho. Para a realização, por exemplo, do projeto estrutural é necessária uma estimativa do campo de pressão atuante no fundo do casco, o qual não pode ser determinado pelo método de Savitsky. O método computacional implementado nesta dissertação, tem o objetivo de determinar as características do escoamento e o campo de pressão atuante no casco de uma embarcação de planeio navegando em águas calmas. O escoamento é determinado através de um problema de valor de contorno, no qual a superfície molhada no casco é considerada um corpo esbelto. Devido ao uso da teoria de corpo esbelto o problema pode ser tratado, separadamente, em cada seção, onde as condições de contorno são forçadamente respeitadas através de uma distribuição de vórtices.

On the development of advanced techniques for mixed-elastohydrodynamic lubrification modelling of journal and sliding bearing systems.

The present thesis is focused on the development of a thorough mathematical modelling and computational solution framework aimed at the numerical simulation of journal and sliding bearing systems operating under a wide range of lubrication regimes (mixed, elastohydrodynamic and full film lubrication regimes) and working conditions (static, quasi-static and transient conditions). The fluid flow effects have been considered in terms of the Isothermal Generalized Equation of the Mechanics of the Viscous Thin Films (Reynolds equation), along with the massconserving p-Ø Elrod-Adams cavitation model that accordingly ensures the so-called JFO complementary boundary conditions for fluid film rupture. The variation of the lubricant rheological properties due to the viscous-pressure (Barus and Roelands equations), viscous-shear-thinning (Eyring and Carreau-Yasuda equations) and density-pressure (Dowson-Higginson equation) relationships have also been taken into account in the overall modelling. Generic models have been derived for the aforementioned bearing components in order to enable their applications in general multibody dynamic systems (MDS), and by including the effects of angular misalignments, superficial geometric defects (form/waviness deviations, EHL deformations, etc.) and axial motion. The bearing exibility (conformal EHL) has been incorporated by means of FEM model reduction (or condensation) techniques. The macroscopic in fluence of the mixedlubrication phenomena have been included into the modelling by the stochastic Patir and Cheng average ow model and the Greenwood-Williamson/Greenwood-Tripp formulations for rough contacts. Furthermore, a deterministic mixed-lubrication model with inter-asperity cavitation has also been proposed for full-scale simulations in the microscopic (roughness) level. According to the extensive mathematical modelling background established, three significant contributions have been accomplished. Firstly, a general numerical solution for the Reynolds lubrication equation with the mass-conserving p - Ø cavitation model has been developed based on the hybridtype Element-Based Finite Volume Method (EbFVM). This new solution scheme allows solving lubrication problems with complex geometries to be discretized by unstructured grids. The numerical method was validated in agreement with several example cases from the literature, and further used in numerical experiments to explore its exibility in coping with irregular meshes for reducing the number of nodes required in the solution of textured sliding bearings. Secondly, novel robust partitioned techniques, namely: Fixed Point Gauss-Seidel Method (PGMF), Point Gauss-Seidel Method with Aitken Acceleration (PGMA) and Interface Quasi-Newton Method with Inverse Jacobian from Least-Squares approximation (IQN-ILS), commonly adopted for solving uid-structure interaction problems have been introduced in the context of tribological simulations, particularly for the coupled calculation of dynamic conformal EHL contacts. The performance of such partitioned methods was evaluated according to simulations of dynamically loaded connecting-rod big-end bearings of both heavy-duty and high-speed engines. Finally, the proposed deterministic mixed-lubrication modelling was applied to investigate the in fluence of the cylinder liner wear after a 100h dynamometer engine test on the hydrodynamic pressure generation and friction of Twin-Land Oil Control Rings.

Use of subpixel techniques in pocket cameras to measure vibrations and displacements

Presentación oral SPIE Photonics Europe, Brussels, 16-19 April 2012.

Image processing for safety assessment in Civil Engineering

Behaviour analysis of construction safety systems is of fundamental importance to avoid accidental injuries. Traditionally, measurements of dynamic actions in Civil Engineering have been done through accelerometers, but high-speed cameras and image processing techniques can play an important role in this area. Here, we propose using morphological image filtering and Hough transform on high-speed video sequence as tools for dynamic measurements on that field. The presented method is applied to obtain the trajectory and acceleration of a cylindrical ballast falling from a building and trapped by a thread net. Results show that safety recommendations given in construction codes can be potentially dangerous for workers.

Experimento para medida vibraciones

Grabaciones mediante cámara y micrófono de un altavoz emitiendo un sonido formado por 2 funciones sinusoidales de frecuencias 317 Hz y 412 Hz.

Vídeo experimento vibrometría de diapasón

Vídeo del experimento realizado para medir la frecuencia de vibración de un diapasón.

Three-dimensional planar object tracking with sub-pixel accuracy

Subpixel techniques are commonly used to increase the spatial resolution in tracking tasks. Object tracking with targets of known shape permits obtaining information about object position and orientation in the three-dimensional space. A proper selection of the target shape allows us to determine its position inside a plane and its angular and azimuthal orientation under certain limits. Our proposal is demonstrated both numerical and experimentally and provides an increase the accuracy of more than one order of magnitude compared to the nominal resolution of the sensor. The experiment has been performed with a high-speed camera, which simultaneously provides high spatial and temporal resolution, so it may be interesting for some applications where this kind of targets can be attached, such as vibration monitoring and structural analysis.