Face encoding and recognition in the human brain.

A dissociation between human neural systems that participate in the encoding and later recognition of new memories for faces was demonstrated by measuring memory task-related changes in regional cerebral blood flow with positron emission tomography. There was almost no overlap between the brain structures associated with these memory functions. A region in the right hippocampus and adjacent cortex was activated during memory encoding but not during recognition. The most striking finding in neocortex was the lateralization of prefrontal participation. Encoding activated left prefrontal cortex, whereas recognition activated right prefrontal cortex. These results indicate that the hippocampus and adjacent cortex participate in memory function primarily at the time of new memory encoding. Moreover, face recognition is not mediated simply by recapitulation of operations performed at the time of encoding but, rather, involves anatomically dissociable operations.

Conscious recollection and the human hippocampal formation: evidence from positron emission tomography.

We used positron emission tomography (PET) to examine the role of the hippocampal formation in implicit and explicit memory. Human volunteers studied a list of familiar words, and then they either provided the first word that came to mind in response to three-letter cues (implicit memory) or tried to recall studied words in response to the same cues (explicit memory). There was no evidence of hippocampal activation in association with implicit memory. However, priming effects on the implicit memory test were associated with decreased activity in extrastriate visual cortex. On the explicit memory test, subjects recalled many target words in one condition and recalled few words in a second condition, despite trying to remember them. Comparisons between the two conditions showed that blood-flow increases in the hippocampal formation are specifically associated with the conscious recollection of studied words, whereas blood-flow increases in frontal regions are associated with efforts to retrieve target words. Our results help to clarify some puzzles concerning the role of the hippocampal formation in human memory.

Neural correlates of mental transformations of the body-in-space.

Regional cerebral blood flow was measured with positron emission tomography in human subjects during the performance of a task requiring mental rotation of their hand and a perceptually equivalent control task that did not require such a process. Comparison of the distribution of cerebral activity between these conditions demonstrated significant blood flow increases in the superior parietal cortex, the intraparietal sulcus, and the adjacent rostralmost part of the inferior parietal lobule. These findings demonstrated that, in the human brain, there is a specific system of parietal areas that are involved in mental transformations of the body-in-space.

Cerebrovascular alterations in mice lacking neuronal nitric oxide synthase gene expression.

Nitric oxide (NO) is known to mediate increases in regional cerebral blood flow elicited by CO2 inhalation. In mice with deletion of the gene for neuronal NO synthase (NOS), CO2 inhalation augments cerebral blood flow to the same extent as in wild-type mice. However, unlike wild-type mice, the increased flow in mutants is not blocked by the NOS inhibition, N omega-nitro-L-arginine, and CO2 exposure fails to increase brain levels of cGMP. Topical acetylcholine elicits vasodilation in the mutants which is blocked by N omega-nitro-L-arginine, indicating normal functioning of endothelial NOS. Moreover, immunohistochemical staining for endothelial NOS is normal in the mutants. Thus, following loss of neuronal NOS, the cerebral circulatory response is maintained by a compensatory system not involving NO.

Functional activation of the human ventrolateral frontal cortex during mnemonic retrieval of verbal information.

Regional cerebral blood flow was measured with positron emission tomography during the performance of a verbal free recall task, a verbal paired associate task, and tasks that required the production of verbal responses either by speaking or writing. Examination of the differences in regional cerebral blood flow between these conditions demonstrated that the left ventrolateral frontal cortical area 45 is involved in the recall of verbal information from long-term memory, in addition to its contribution to speech. The act of writing activated a network of areas involving posterior parietal cortex and sensorimotor areas but not ventrolateral frontal cortex.

Platelet-derived growth factor BB induces functional vascular anastomoses in vivo.

Neovascularization that generates collateral blood flow can limit the extent of tissue damage after acute ischemia caused by occlusion of the primary blood supply. The neovascular response stimulated by the BB homodimeric form of recombinant platelet-derived growth factor (PDGF-BB) was evaluated for its capacity to protect tissue from necrosis in a rat skin flap model of acutely induced ischemia. Complete survival of the tissue ensued, when the original nutritive blood supply was occluded, as early as 5 days after local PDGF-BB application, and the presence of a patent vasculature was evident compared to control flaps. To further evaluate the vascular regenerative response, PDGF-BB was injected into the muscle/connective tissue bed between the separated ends of a divided femoral artery in rats. A patent new vessel that functionally reconnected the ends of the divided artery within the original 3- to 4-mm gap was regenerated 3 weeks later in all PDGF-BB-treated limbs. In contrast, none of the paired control limbs, which received vehicle with an inactive variant of PDGF-BB, had vessel regrowth (P < 0.001). The absence of a sustained inflammatory response and granulation tissue suggests locally delivered PDGF-BB may directly stimulate the angiogenic phenotype in endothelial cells. These findings indicate that PDGF-BB can generate functional new blood vessels and nonsurgically anastomose severed vessels in vivo. This study supports the possibility of a therapeutic modality for the salvage of ischemic tissue through exogenous cytokine-induced vascular reconnection.

Positron-emission tomography studies of cross-modality inhibition in selective attentional tasks: closing the "mind's eye".

It is a familiar experience that we tend to close our eyes or divert our gaze when concentrating attention on cognitively demanding tasks. We report on the brain activity correlates of directing attention away from potentially competing visual processing and toward processing in another sensory modality. Results are reported from a series of positron-emission tomography studies of the human brain engaged in somatosensory tasks, in both "eyes open" and "eyes closed" conditions. During these tasks, there was a significant decrease in the regional cerebral blood flow in the visual cortex, which occurred irrespective of whether subjects had to close their eyes or were instructed to keep their eyes open. These task-related deactivations of the association areas belonging to the nonrelevant sensory modality were interpreted as being due to decreased metabolic activity. Previous research has clearly demonstrated selective activation of cortical regions involved in attention-demanding modality-specific tasks; however, the other side of this story appears to be one of selective deactivation of unattended areas.

Neurotoxicity of advanced glycation endproducts during focal stroke and neuroprotective effects of aminoguanidine.

Cerebral infarction (stroke) is a potentially disastrous complication of diabetes mellitus, principally because the extent of cortical loss is greater in diabetic patients than in nondiabetic patients. The etiology of this enhanced neurotoxicity is poorly understood. We hypothesized that advanced glycation endproducts (AGEs), which have previously been implicated in the development of other diabetic complications, might contribute to neurotoxicity and brain damage during ischemic stroke. Using a rat model of focal cerebral ischemia, we show that systemically administered AGE-modified bovine serum albumin (AGE-BSA) significantly increased cerebral infarct size. The neurotoxic effects of AGE-BSA administration were dose- and time-related and associated with a paradoxical increase in cerebral blood flow. Aminoguanidine, an inhibitor of AGE cross-linking, attenuated infarct volume in AGE-treated animals. We conclude that AGEs may contribute to the increased severity of stroke associated with diabetes and other conditions characterized by AGE accumulation.

Ultrassonografia vascular comparada à intravascular no diagnóstico das obstruções venosas ilíacas em portadores de insuficiência venosa crônica

Introdução: O tratamento da Insuficiência Venosa Crônica (IVC) é baseado na correção dos refluxos e obstruções ao fluxo sanguíneo venoso. A detecção, a gravidade e o tratamento dessas obstruções venosas, responsáveis pelos sinais e sintomas da IVC, têm sido recentemente estudados e melhor compreendidos. Estes estudos não definem qual o grau de obstrução significativa nem os critérios ultrassonográficos para sua detecção. O objetivo deste estudo foi determinar critérios ultrassonográficos para o diagnóstico das obstruções venosas ilíacas, avaliando a concordância deste método com o ultrassom intravascular (UI) em pacientes portadores de IVC avançada. Métodos: Foram avaliados 15 pacientes (30 membros; 49,4 ± 10,7 anos; 1 homem) com IVC inicial (Classificação Clínica-Etiológica-Anatômica-Physiopatológica - CEAP C1-2) no grupo I (GI) e 51 pacientes (102 membros; 50,53 ± 14,5 anos; 6 homens) com IVC avançada (CEAP C3-6) no grupo II (GII) pareados por sexo, idade e etnia. Todos pacientes foram submetidos à entrevista clínica e à ultrassonografia vascular com Doppler (UV-D), sendo obtidas as medidas de fasicidade de fluxo, os índices de fluxo e velocidades venosas femorais, e as relações de velocidade e de diâmetro da obstrução ilíaca. Foi analisado o escore de refluxo multisegmentar. Os indivíduos do GI foram avaliados por 3 examinadores independentes. Os pacientes do GII foram submetidos ao UI, sendo obtidos a área dos segmentos venosos comprometidos e comparados com os resultados obtidos pelo UV-D, agrupados em 3 categorias: obstruções < 50%; obstruções entre 50-79% e obstruções >= 80%. Resultados: A classe de severidade clinica CEAP predominante no GI foi C1 em 24/30 (80%) membros, e C3 em 54/102 (52,9%) membros no GII. O refluxo foi severo (escore de refluxo multisegmentar >= 3) em 3/30 (10%) membros no grupo I, e em 45/102 (44,1%) membros no grupo II (p<0,001). Houve uma concordância moderadamente elevada entre o UV-D e o UI, quando agrupadas em 3 categorias (K=0,598; p<0,001), e uma concordância elevada quando agrupadas em 2 categorias (obstruções <50% e >= 50%) (K= 0,784; p<0,001). Os melhores pontos de corte e sua correlação com o UI foram: índice de velocidade (0,9; r=-0,634; p<0,001); índice de fluxo (0,7; r=-0,623; p<0,001); relação de obstrução (0,5; r=0,750; p<0,001); relação de velocidade (2,5; r= 0,790; p<0,001); A ausência de fasicidade de fluxo esteve presente em 88,2% dos pacientes com obstrução >=80% ao UV-D. Foi construído um algoritmo ultrassonográfico vascular, utilizando as medidas e os pontos de corte descritos obtendo-se uma acurácia de 79,6% para 3 categorias (K=0,655; p<0,001) e de 86,7% para 2 categorias (k=0,730; p<0,001). Conclusões: O UV-D apresentou uma concordância elevada com o UI na detecção de obstruções >= 50%. A relação de velocidade na obstrução >= 2,5 é o melhor critério para detecção de obstruções venosas significativas em veias ilíacas.

Pré-condicionamento isquêmico remoto em portadores de claudicação intermitente de membros inferiores

INTRODUÇÃO: Pré-condicionamento isquêmico remoto (PCIR) é o fenômeno pelo qual curtos períodos de isquemia sub-letal sobre um órgão ou tecido, intercalados com reperfusão do mesmo, conferem a outros órgãos ou tecidos distantes deste, um aumento na capacidade da resistir a episódios subsequentes de isquemia, a qual os mesmos possam ser expostos. Com base nesse fato, testamos a hipótese de que o pré-condicionamento isquêmico remoto em pacientes portadores de claudicação intermitente de membros inferiores poderia aumentar a capacidade de deambulação desses pacientes, extrapolando o conceito do PCIR de aumento da capacidade de preservação da integridade celular frente à isquemia, para a manutenção da função celular, tornando a célula mais apta ao trabalho em situações de privação de oxigênio, geradas pela restrição do fluxo sanguíneo, como ocorre nos pacientes com claudicação intermitente de membros inferiores, durante o exercício. OBJETIVOS: Avaliar se o PCIR aumenta a distância de início de claudicação e/ou a distância total de claudicação em pacientes com doença arterial obstrutiva periférica. MÉTODOS: Foram estudados 52 pacientes ambulatoriais que apresentavam queixa de claudicação intermitente dos membros inferiores, associada a um pulso arterial ausente ou reduzido no membro sintomático e/ou um índice tornozelo-braço <0,90. Estes pacientes foram randomizados em três grupos (A, B e C). Todos os pacientes foram submetidos a dois testes de caminhada em esteira de acordo com o protocolo de Gardner. O grupo A fez o primeiro teste de esteira sem o pré-condicionamento isquêmico remoto e, após 7 dias, foi submetido a um novo teste de esteira, agora precedido pelo pré-condicionamento isquêmico remoto. O grupo B foi submetido ao pré-condicionamento isquêmico remoto antes do primeiro teste de esteira e, após 7 dias, realizou novo teste de esteira, agora sem o pré-condicionamento isquêmico remoto. Já no Grupo C (grupo controle), ambos os testes de esteira foram realizados sem pré-condicionamento isquêmico remoto, também com 7 dias de intervalo. RESULTADOS: Os grupos A e C mostraram um aumento na distância de início de claudicação, no segundo teste, em comparação com o primeiro teste. O grupo A teve um aumento estatisticamente significativo, em relação ao grupo C (grupo controle). Com relação à distância total de claudicação, todos os grupos (A, B e C), mostraram um aumento estatisticamente significativo a favor do segundo teste, porém não foi observada diferença entre os grupos (A, B e C). CONCLUSÕES: O pré-condicionamento isquêmico remoto aumentou a distância inicial de claudicação em pacientes com claudicação intermitente, no entanto, ele não afetou a distância total de claudicação dos pacientes portadores de claudicação intermitente de membros inferiores

Caracterização in vitro do metabolismo e da absorção intestinal da casearina X

As principais propriedades farmacológicas da Casearia sylvestris, uma espécie de árvore cujas folhas são utilizadas na medicina popular, já foram descritas na literatura. Recentemente foi demonstrada a potente atividade citotóxica in vitro da casearina X (CAS X), o diterpeno clerodânico majoritário isolado das folhas de C. sylvestris, contra linhagens de células tumorais humanas. Apesar dos resultados promissores, sua potente atividade citotóxica in vitro não pode ser extrapolada para uma potente atividade in vivo, a menos que possua boa biodisponibilidade e duração desejável do seu efeito. Tendo em vista que o avanço nas pesquisas de produtos naturais requer a avaliação pré-clínica de propriedades farmacocinéticas, no presente trabalho foi realizada a caracterização in vitro do metabolismo e da absorção intestinal da CAS X, com o objetivo de prever sua biodisponibilidade in vivo. Para os estudos de metabolismo in vitro, foi utilizado o modelo microssomal hepático de ratos e de humanos. Foi desenvolvido um método analítico para a quantificação da CAS X em microssomas, empregando a precipitação de proteínas com acetonitrila no preparo das amostras e a cromatografia líquida de alta eficiência para as análises. O método foi validado de acordo com os guias oficiais da Agência Nacional de Vigilância Sanitária e da European Medicine Agency (EMA). A CAS X demonstrou ser substrato para as reações de hidrólise mediada pelas carboxilesterases (CES) e apresentou um perfil cinético de Michaelis-Menten. Foram estimados os parâmetros de Vmax e KM, demonstrando que o clearance intrínseco em microssomas hepático de humanos foi 1,7 vezes maior que o de ratos. O clearance hepático foi estimado por extrapolação in vitro-in vivo, resultando em mais de 90% do fluxo sanguíneo hepático em ambas as espécies. Um estudo qualitativo para a pesquisa de metabólitos foi feito utilizando espectrometria de massas, pelo qual foi possível sugerir a formação da casearina X dialdeído como produto de metabolismo. Nos estudos de absorção intestinal in vitro foi utilizado o modelo de monocamadas de células Caco-2. Um método analítico por cromatografia líquida acoplada a espectrometria de massas foi desenvolvido e validado de acordo com o EMA, para as etapas de quantificação da CAS X no sistema de células. Os parâmetros cinéticos de permeabilidade aparente absortiva e secretória da CAS X foram estimados em um sistema celular, no qual a atividade hidrolítica da CES foi inibida. Assim, a CAS X foi capaz de permear a monocamada de células Caco-2, provavelmente por transporte ativo, sem a ocorrência de efluxo, mas com significativa retenção do composto dentro das células. Em conjunto, os ensaios in vitro realizados demonstraram a susceptibilidade da CAS X ao metabolismo de primeira passagem, como substrato para as CES específicas expressas no fígado e intestino.

Estresse oxidativo em porfiria hepática experimental disparada por succinilacetona - um inibidor da ácido 5-aminolevulínico desidratase

Para otimizar um modelo experimental para o estudo do desbalanço redox em porfirias relacionadas ao acúmulo de ácido 5-aminolevulínico-(ALA), via inibição da ALA desidratase-(ALA-D), ratos foram tratados com o éster metílico de succinilacetona-(SAME), um catabólito da tirosina que inibe fortemente a ALA-O, mimetízando o estado metabólico observado nos portadores de portirias e tirosinemias. Estabeleceram-se modelos de tratamento agudo por 36 e 18 h. No primeiro, os animais receberam 3 injeções de SAME (10, 40 ou 80 mg/kg, grupos Ali-IV). No segundo, os animais receberam 3 injeções de 40 mg/kg de SAME, ALA ou éster metílico de ALA (grupos BII-IV), ALA:SAME (30: 10 mg/kg, grupo BV), ou 10 mg/kg SAME (grupo BVI). Paralelamente, avaliou-se se os sintomas neurológicos característicos das portirias decorriam de danos oxidativos mitocondriais. Para isso, aplicou-se uma tecnologia óptica para medidas da difusão da depressão cortical que determinou a oxigenação e o estado redox do cit c em mitocôndrias do córtex cerebral de ratos submetidos ao tratamento crônico com ALA (40 mg/kg), SAME (10 e 40 mg/kg) e ALA:SAME (30: 1O mg/kg), a cada 48 h, durante 30 dias. Tratamento agudo/36 h: Os níveis de ALA no plasma, fígado, cérebro e urina e o clearance renal do ALA aumentaram nos grupos tratados. A atividade de ALA-D e a coproporfirina urinária reduziram. A marcação para proteínas carboniladas, ferro e ferritina aumentou no fígado e cérebro dos grupos tratados, especialmente no All. Os níveis de malondialdeído hepático aumentaram no grupo AIV. A razão GSH/GSH+GSSG e a atividade de GPx cerebrais aumentaram nos grupos AIV e AIII, respectivamente. Consistentemente com estes dados indicando um desbalanço oxidativo induzido pelo SAME, alterações mitocondriais e citosólicas ultraestruturais foram reveladas, especialmente no fígado. Tratamento agudo/18 h: Os níveis de ALA plasmáticos aumentaram nos grupos tratados, exceto em BIV. O grupo BII mostrou aumento dos níveis hepáticos de ALA. Interessantemente, a inibição da atividade de ALA-D não foi evidenciada. O conteúdo de ferro plasmático aumentou no grupo BII. Para os grupos tratados com 10 e 40 mg SAME/kg, a atividade de SOD hepática reduziu ~50% com a extensão do tratamento de 18 para 36 h, sugerindo que este último é mais efetivo em promover danos oxidativos induzidos pelo ALA. Tratamento crônico/30 dias: Embora nenhuma alteração tenha sido evidenciada no estado redox dos animais tratados, o tratamento com ALA reduziu o fluxo sanguíneo cerebral (CBF) e o consumo de oxigênio-(CMRO2), sugerindo uma vasoconstrição mediada pelo ALA, efeito este confirmado por ensaios de reatividade vascular conduzidos em anéis de aorta de ratos incubados com ALA. O tratamento com ALA:SAME restaurou os níveis de CBF e CMRO2. Interessantemente, a disponibilidade do radical superóxido-(O2•-) estava reduzida nos anéis de aorta incubados com ALA. Juntos, estes dados: a)validam o modelo de tratamento agudo/36 h para o estudo bioquímico e dos possíveis efeitos fisiológicos induzidos pelo ALA, e b)sugerem que as alterações mediadas pelo ALA exógeno levam à vasoconstrição.

Esferas vaginales: función terapéutica

Introducción: Las esferas vaginales también son conocidas como bolas chinas, bolas vaginales, bolas del amor, bolas de geisha, Rin no tama, bolas Ben Wa. Ayudan a fortalecer el suelo pélvico. Estas producen una microvibración al moverse la bola del interior, favoreciendo la musculatura del suelo pélvico y aumentando el riego sanguíneo a nivel de la pelvis. Hay esferas de diferente peso, par su indicación el suelo pélvico debe estar tónico. Objetivo: Revisar la literatura sobre la efectividad de las esferas vaginales e incrementar los conocimientos de los profesionales sobre este tipo de tratamiento propioceptivo, que resulta eficaz para muchas mujeres por su fácil utilización. Metodología: Búsqueda bibliográfica en las bases de datos: Cochrane Plus, Medline, Gerion, Scielo, Cuiden, Biblioteca de Salud Reproductiva de la OMS y google académico. Resultados: Las esferas vaginales son eficaces en el tratamiento de la incontinencia urinaria y fecal y para el entrenamiento del suelo pélvico. La incontinencia urinaria es un problema frecuente y molesto, que puede llegar a interferir en el trabajo, en la vida social y sexual. Hay necesidad de más ensayos para evaluar los métodos y protocolos de entrenamiento adecuados para la prevención de la incontinencia, del prolapso y de la disfunción sexual. Conclusión: Se ha evidenciado que las esferas vaginales son eficaces en el tratamiento de mujeres con incontinencia urinaria de esfuerzo e igualmente efectivas, en el entrenamiento muscular del suelo pélvico.

Investigating the Role of cAMP-Signaling in the Regulation of Vascular Endothelial Cell Adaptive Responses to Fluid Shear Stress

The circulating blood exerts a force on the vascular endothelium, termed fluid shear stress (FSS), which directly impacts numerous vascular endothelial cell (VEC) functions. For example, high rates of linear and undisturbed (i.e. laminar) blood flow maintains a protective and quiescent VEC phenotype. Meanwhile, deviations in blood flow, which can occur at vascular branchpoints and large curvatures, create areas of low, and/or oscillatory FSS, and promote a pro-inflammatory, pro-thrombotic and hyperpermeable phenotype. Indeed, it is known that these areas are prone to the development of atherosclerotic lesions. Herein, we show that cyclic nucleotide phosphodiesterase (PDE) 4D (PDE4D) activity is increased by FSS in human arterial endothelial cells (HAECs) and that this activation regulates the activity of cAMP-effector protein, Exchange Protein-activated by cAMP-1 (EPAC1), in these cells. Importantly, we also show that these events directly and critically impact HAEC responses to FSS, especially when FSS levels are low. Both morphological events induced by FSS, as measured by changes in cell alignment and elongation in the direction of FSS, and the expression of critical FSS-regulated genes, including Krüppel-like factor 2 (KLF2), endothelial nitric oxide synthase (eNOS) and thrombomodlin (TM), are mediated by EPAC1/PDE4D signaling. At a mechanistic level, we show that EPAC1/PDE4D acts through the vascular endothelial-cadherin (VECAD)/ platelet-cell adhesion molecule-1 (PECAM1)/vascular endothelial growth factor receptor 2 (VEGFR2) mechanosensor to activate downstream signaling though Akt. Given the critical role of PDE4D in mediating these effects, we also investigated the impact of various patterns of FSS on the expression of individual PDE genes in HAECs. Notably, PDE2A was significantly upregulated in response to high, laminar FSS, while PDE3A was upregulated under low, oscillatory FSS conditions only. These data may provide novel therapeutic targets to limit FSS-dependent endothelial cell dysfunction (ECD) and atherosclerotic development.

Computational Methods for Identifying Hypertrophic Cardiomyopathy using 12-lead ECG

Hypertrophic cardiomyopathy (HCM) is a cardiovascular disease where the heart muscle is partially thickened and blood flow is - potentially fatally - obstructed. It is one of the leading causes of sudden cardiac death in young people. Electrocardiography (ECG) and Echocardiography (Echo) are the standard tests for identifying HCM and other cardiac abnormalities. The American Heart Association has recommended using a pre-participation questionnaire for young athletes instead of ECG or Echo tests due to considerations of cost and time involved in interpreting the results of these tests by an expert cardiologist. Initially we set out to develop a classifier for automated prediction of young athletes’ heart conditions based on the answers to the questionnaire. Classification results and further in-depth analysis using computational and statistical methods indicated significant shortcomings of the questionnaire in predicting cardiac abnormalities. Automated methods for analyzing ECG signals can help reduce cost and save time in the pre-participation screening process by detecting HCM and other cardiac abnormalities. Therefore, the main goal of this dissertation work is to identify HCM through computational analysis of 12-lead ECG. ECG signals recorded on one or two leads have been analyzed in the past for classifying individual heartbeats into different types of arrhythmia as annotated primarily in the MIT-BIH database. In contrast, we classify complete sequences of 12-lead ECGs to assign patients into two groups: HCM vs. non-HCM. The challenges and issues we address include missing ECG waves in one or more leads and the dimensionality of a large feature-set. We address these by proposing imputation and feature-selection methods. We develop heartbeat-classifiers by employing Random Forests and Support Vector Machines, and propose a method to classify full 12-lead ECGs based on the proportion of heartbeats classified as HCM. The results from our experiments show that the classifiers developed using our methods perform well in identifying HCM. Thus the two contributions of this thesis are the utilization of computational and statistical methods for discovering shortcomings in a current screening procedure and the development of methods to identify HCM through computational analysis of 12-lead ECG signals.