Microelectrode Implants for Spinal Cord Stimulation in Rats

Paralysis is a debilitating condition afflicting millions of people across the globe, and is particularly deleterious to quality of life when motor function of the legs is severely impaired or completely absent. Fortunately, spinal cord stimulation has shown great potential for improving motor function after spinal cord injury and other pathological conditions. Many animal studies have shown stimulation of the neural networks in the spinal cord can improve motor ability so dramatically that the animals can even stand and step after a complete spinal cord transaction.

This thesis presents work to successfully provide a chronically implantable device for rats that greatly enhances the ability to control the site of spinal cord stimulation. This is achieved through the use of a parylene-C based microelectrode array, which enables a density of stimulation sites unattainable with conventional wire electrodes. While many microelectrode devices have been proposed in the past, the spinal cord is a particularly challenging environment due to the bending and movement it undergoes in a live animal. The developed microelectrode array is the first to have been implanted in vivo while retaining functionality for over a month. In doing so, different neural pathways can be selectively activated to facilitate standing and stepping in spinalized rats using various electrode combinations, and important differences in responses are observed.

An engineering challenge for the usability of any high density electrode array is connecting the numerous electrodes to a stimulation source. This thesis develops several technologies to address this challenge, beginning with a fully passive implant that uses one wire per electrode to connect to an external stimulation source. The number of wires passing through the body and the skin proved to be a hazard for the health of the animal, so a multiplexed implant was devised in which active electronics reduce the number of wires. Finally, a fully wireless implant was developed. As these implants are tested in vivo, encapsulation is of critical importance to retain functionality in a chronic experiment, especially for the active implants, and it was achieved without the use of costly ceramic or metallic hermetic packaging. Active implants were built that retained functionality 8 weeks after implantation, and achieved stepping in spinalized rats after just 8-10 days, which is far sooner than wire-based electrical stimulation has achieved in prior work.

Análise de polimorfismos e de expressão do gene p16INK4a em neoplasias cervicais

O câncer de colo do útero é o segundo carcinoma mais frequente em mulheres no mundo e um dos cânceres femininos mais incidentes no Brasil. Em lesões pré-malignas e malignas do colo uterino, a proteína p16INK4a, que participa do controle do ciclo celular, apresenta um aumento considerável de sua expressão, devido possivelmente à presença de oncoproteínas do papilomavírus humano (HPV). Dois polimorfismos no gene p16INK4a, p16 500C>G e p16 540C>T, estão localizados na região 3 não traduzida (3UTR), que está envolvida na regulação pós-transcricional da expressão gênica. O objetivo deste estudo foi avaliar possíveis associações entre os polimorfismos p16 500C>G e p16 540C>T e o desenvolvimento de neoplasias cervicais e/ou a severidade das lesões, considerando os níveis de expressão da proteína p16INK4a nas lesões cervicais e certos fatores de risco clássicos para o câncer cervical, incluindo a infecção pelo HPV. Para isso, foram selecionadas 567 mulheres residentes no Rio de Janeiro, 319 com citologia cervical alterada (grupo de casos) e 248 sem história prévia de alteração citológica do colo uterino (grupo de comparação). Amostras de sangue periférico de todas as participantes foram utilizadas na análise molecular dos polimorfismos p16 500C>G e p16 540C>T através da técnica de PCR-RFLP (reação em cadeia da polimerase - polimorfismo de comprimento de fragmento de restrição), usando as enzimas de restrição MspI e HaeIII, respectivamente. A expressão da proteína p16INK4a em 137 biópsias de mulheres pertencentes ao grupo de casos foi avaliada por imunohistoquímica. A detecção de DNA do HPV em células cervicais foi feita em todas as amostras do grupo de comparação e em 194 amostras do grupo de casos pela técnica de PCR, usando dois pares de oligonucleotídeos, MY09/MY11 e GP05+/GP06+. Os dois grupos de estudo se encontram em equilíbrio de Hardy-Weinberg. As distribuições genotípicas para p16 500C>G e p16 540C>T e as distribuições de combinações haplotípicas nos dois grupos não apresentaram diferenças significativas. A análise do subgrupo HSIL+câncer (casos com lesão intraepitelial de alto grau ou carcinoma invasivo) em comparação com o subgrupo LSIL (casos com lesão intraepitelial de baixo grau) revelou diferença significativa entre as distribuições das combinações haplotípicas (p = 0,036) e diferenças marginais entre as distribuições genotípicas para p16 500C>G (p = 0,071) e p16 540C>T (p = 0,051). O alelo p16 540G, em heterozigose ou homozigose (OR = 1,91, IC 95% = 1,08-3,37), e a combinação haplotípica p16 500C-540C 500G-540C (OR = 2,34, IC 95% = 1,202-4,555) mostraram-se associados com a severidade da lesões cervicais. Já o genótipo p16 540T/T (OR = 0,25, IC 95% = 0,08-0,79), e a combinação haplotípica p16 500C-540T 500C-540T (OR = 0,27, IC 95% = 0,088-0,827) exibiram papel protetor contra o desenvolvimento de lesões mais severas. As análises de interação entre os polimorfismos de p16INK4a e a expressão de p16 ou a infecção pelo HPV foram comprometidas pelo número reduzido de amostras analisadas. Não se observou qualquer interação entre os polimorfismos estudados e os fatores de risco clássicos para o câncer de colo uterino. Nossos resultados apontam para a importância dos polimorfismos do gene p16INK4a como marcadores de severidade da neoplasia cervical.

Distribuição de tensões em próteses parciais fixas posteriores livres de metal com retentores intracoronários: análise em elementos finitos

Para reabilitar a ausência de um elemento dentário posterior, as próteses parciais fixas (PPF) com retentores intracoronários são uma alternativa aos implantes osseointegrados. O objetivo deste estudo foi avaliar a distribuição de tensões nessas próteses com três combinações de materiais: cerâmica de zircônia parcialmente estabilizada por ítria (ZPEI) revestida por cerâmica de fluorapatita (α), cerâmica de dissilicato de lítio (β) ou compósito fibrorreforçado (γ). Na composição α, foram analisadas a presença ou ausência da cerâmica de revestimento na parede cervical das caixas proximais e três variações na área total da seção transversal dos conectores (4 mm de largura x 3,2, 4,2 ou 5,2 mm de altura). Em 8 modelos bidimensionais de elementos finitos, uma carga vertical de 500 N foi aplicada na fossa central do pôntico e as tensões principais máximas (tração) e mínimas (compressão) foram apontadas em MPa. Inicialmente foram avaliados os 6 modelos com PPF de ZPEI e suas variações. Os maiores valores das tensões de tração foram encontrados no terço cervical dos conectores. Quando presente nestas regiões, a cerâmica de revestimento recebeu tensões acima do limite de sua resistência à flexão. Na comparação entre os modelos sem cerâmica de revestimento na parede cervical das caixas proximais, mesmo aquele com conectores de 3,2 x 4 mm, cuja infraestrutura apresentava 2,5 x 3 mm, poderia ser recomendado para uso clínico. Altos valores de tensões de compressão foram registrados entre o terço oclusal e médio dos conectores, correspondente à união entre as cerâmicas, o que poderia ocasionar, devido à flexão, falhas adesivas. Posteriormente, o modelo de ZPEI com a cerâmica de fluorapatita ausente da parede cervical das caixas proximais e área total dos conectores de 4,2 x 4 mm foi comparado aos dois outros materiais com conectores de mesma área. Na PPF de dissilicato de lítio, os valores representaram uma provável violação do limite de sua resistência à flexão. A PPF de compósito fibrorreforçado apresentou tensões bem abaixo do limite de resistência à flexão de sua infraestrutura, mas, como no modelo de ZPEI, tensões compressivas se concentraram com alto valor entre o terço oclusal e médio dos conectores, local de união entre a resina composta e a infraestrutura de fibras. Os resultados mostraram que a cerâmica de dissilicato de lítio e a presença da cerâmica de fluorapatita na parede cervical das caixas proximais deveriam ser contraindicadas para a condição proposta. Parece viável uma área de conectores na infraestrutura de ZPEI com no mínimo 2,5 x 3 mm. A PPF de compósito fibrorreforçado apresenta resistência estrutural para a situação estudada, mas, como também aquelas compostas de ZPEI, aparenta ter como pontos fracos a adesão entre a infraestrutura e o material de cobertura e a própria resistência deste último.

Algoritmo para la identificación de las ganancias óptimas del algoritmo de control de posición de un mecanismo de cinemática paralela

[ES]Este trabajo presenta un algoritmo automatizado cuyo resultado es la determinación de las ganancias óptimas del lazo de control de un mecanismo de cinemática paralela. En concreto se ha aplicado al mecanismo 5R, aunque el método es válido para cualquier otro mecanismo introduciendo el modelo mecatrónico correspondiente. Permite disponer de un procedimiento para poder elegir en un futuro la combinación de motor y reductora más apropiada para un determinado mecanismo evitando realizar adquisiciones sobredimensionadas, como ocurrió con el mecanismo en cuestión.

Lq estimates for rearrangements of Fourier series

This work is concerned with estimating the upper envelopes S* of the absolute values of the partial sums of rearranged trigonometric sums. A.M. Garsia [Annals of Math. 79 (1964), 634-9] gave an estimate for the L₂ norms of the S*, averaged over all rearrangements of the original (finite) sum. This estimate enabled him to prove that the Fourier series of any function in L₂ can be rearranged so that it converges a.e. The main result of this thesis is a similar estimate of the L_q norms of the S*, for all even integers q. This holds for finite linear combinations of functions which satisfy a condition which is a generalization of orthonormality in the L₂ case. This estimate for finite sums is extended to Fourier series of L_q functions; it is shown that there are functions to which the Men’shov-Paley Theorem does not apply, but whose Fourier series can nevertheless be rearranged so that the S* of the rearranged series is in L_q.

Robust Control of Evolutionary Dynamics

The application of principles from evolutionary biology has long been used to gain new insights into the progression and clinical control of both infectious diseases and neoplasms. This iterative evolutionary process consists of expansion, diversification and selection within an adaptive landscape - species are subject to random genetic or epigenetic alterations that result in variations; genetic information is inherited through asexual reproduction and strong selective pressures such as therapeutic intervention can lead to the adaptation and expansion of resistant variants. These principles lie at the center of modern evolutionary synthesis and constitute the primary reasons for the development of resistance and therapeutic failure, but also provide a framework that allows for more effective control.

A model system for studying the evolution of resistance and control of therapeutic failure is the treatment of chronic HIV-1 infection by broadly neutralizing antibody (bNAb) therapy. A relatively recent discovery is that a minority of HIV-infected individuals can produce broadly neutralizing antibodies, that is, antibodies that inhibit infection by many strains of HIV. Passive transfer of human antibodies for the prevention and treatment of HIV-1 infection is increasingly being considered as an alternative to a conventional vaccine. However, recent evolution studies have uncovered that antibody treatment can exert selective pressure on virus that results in the rapid evolution of resistance. In certain cases, complete resistance to an antibody is conferred with a single amino acid substitution on the viral envelope of HIV.

The challenges in uncovering resistance mechanisms and designing effective combination strategies to control evolutionary processes and prevent therapeutic failure apply more broadly. We are motivated by two questions: Can we predict the evolution to resistance by characterizing genetic alterations that contribute to modified phenotypic fitness? Given an evolutionary landscape and a set of candidate therapies, can we computationally synthesize treatment strategies that control evolution to resistance?

To address the first question, we propose a mathematical framework to reason about evolutionary dynamics of HIV from computationally derived Gibbs energy fitness landscapes -- expanding the theoretical concept of an evolutionary landscape originally conceived by Sewall Wright to a computable, quantifiable, multidimensional, structurally defined fitness surface upon which to study complex HIV evolutionary outcomes.

To design combination treatment strategies that control evolution to resistance, we propose a methodology that solves for optimal combinations and concentrations of candidate therapies, and allows for the ability to quantifiably explore tradeoffs in treatment design, such as limiting the number of candidate therapies in the combination, dosage constraints and robustness to error. Our algorithm is based on the application of recent results in optimal control to an HIV evolutionary dynamics model and is constructed from experimentally derived antibody resistant phenotypes and their single antibody pharmacodynamics. This method represents a first step towards integrating principled engineering techniques with an experimentally based mathematical model in the rational design of combination treatment strategies and offers predictive understanding of the effects of combination therapies of evolutionary dynamics and resistance of HIV. Preliminary in vitro studies suggest that the combination antibody therapies predicted by our algorithm can neutralize heterogeneous viral populations despite containing resistant mutations.

High energy heavy ion induced enhanced adhesion

The work described in this thesis represents an attempt to summarize to date the information collected on the process of high energy heavy ion induced enhanced adhesion. Briefly, the process involves the irradiation of materials covered by thin (≾3μm) films with high energy (E > 200 keV I nucleon) heavy ion beams (such as Fluorine or Chlorine). Enhanced adhesion has been observed on all material combinations tested, including metal on metal, metal on semiconductor, metal on dielectric and dielectric on dielectric systems. In some cases, the enhancement can be quite large, so that a film that could be wiped off a substrate quite easily before irradiation can withstand determined scrubbing afterwards.

Very little is understood yet about this adhesion mechanism, so what is presented are primarily observations about systems studied, and descriptions of the actual preparation and irradiation of samples used. Some discussion is presented about mechanisms that have been considered but rejected.

Avaliação das ações de controle da leishmaniose visceral na cidade de Teresina, Estado do Piauí, Brasil - 2006 a 2008.

Embora as ações de vigilância e controle da leishmaniose visceral (LV) preconizadas pelo Ministério da Saúde venham sendo realizadas nas mais variadas áreas endêmicas do país, seus resultados não tem sido satisfatórios. Para conter a expansão da doença, tendo em vista o seu aumento em centros urbanos, a estratégia de controle da leishmaniose visceral utilizada no Brasil atualmente merece reavaliação. Neste estudo, foram analisados os dados das ações do Programa de Controle da Leishmaniose Visceral (PCL) desenvolvidas no período de 2006 a 2008 em 38 dos 113 bairros que compõe o município de Teresina, no Estado do Piauí. As ações do PCL (borrifação domiciliar com inseticidas e eliminação de cães sororreagentes) foram avaliadas trimestralmente, sendo a variável dependente o número de casos de LV ocorridos um ano após a execução das ações. Foram incluídas nas análises o ano de implementação destas ações e variáveis sócio-econômicas. A regressão de Poisson foi realizada para verificar o grau de associação entre a ocorrência do agravo em relação às diferentes combinações de medidas de controle implementadas pelo PCL sob intensidades de prevalência canina maiores ou menores que 10%. Após a regressão multivariada, constatou-se que, quando não se estratifica pelo nível de prevalência de infecção canina, os resultados apontam para uma não efetividade das ações de controle. Todavia, quando se estratifica pela prevalência canina, observa-se que, em locais onde ela é baixa, o controle do reservatório canino, executado de maneira independente das outras ações de controle, esteve associado com uma redução de 37% nas taxas de ocorrência de LV um ano após a implementação da ação (Razão de taxas de incidência = 0,63, p=0.05). A borrifação com inseticida executada de maneira independente das demais ações de controle, bem como a execução conjunta do controle do vetor alado e do reservatório canino, em ambos os cenários de prevalência canina, não apresentaram associação significativa com a incidência da doença nos anos posteriores a sua implementação. Estes achados constituem material relevante para discussão da efetividade das ações de controle da Leishmaniose Visceral.

Prosa argumentativa em língua inglesa: um estudo contrastivo sobre advérbios em corpora digitais

Esta pesquisa tem como objetivo principal investigar como aprendizes brasileiros de língua inglesa usam advérbios com terminação em ly no inglês escrito, e comparar ao uso que deles fazem os falantes de inglês como língua materna. Para tanto, o trabalho encontra suporte teórico e metodológico na Linguística de Corpus e fundamenta-se na área chamada de pesquisa sobre corpora de aprendizes, que se ocupa da coleta e armazenagem de dados linguísticos de sujeitos aprendizes de uma língua estrangeira, para a formação de um corpus que possa ser utilizado para fins descritivos e pedagógicos. Esta área objetiva identificar em que aspectos os aprendizes diferem ou se assemelham aos falantes nativos. Os corpora empregados na pesquisa são o corpus de estudo (Br-ICLE), contendo inglês escrito por brasileiros, compilado de acordo com o projeto ICLE (International Corpus of Learner English) e dois corpora de referência (LOCNESS e BAWE), contendo inglês escrito por falantes de inglês como língua materna. Os resultados indicam que os alunos brasileiros usam, em demasia, as categorias de advérbios que indicam veracidade, realidade e intensidade, em relação ao uso que deles fazem os falantes nativos, além de usarem esses advérbios de forma distinta. Os resultados sugerem que, além das diferenças apresentadas em termos de frequência (seja pelo sobreuso ou subuso dos advérbios), os aprendizes apresentavam combinações errôneas, ou em termos de colocados ou em termos de prosódia semântica. E finalmente a pesquisa revela que a preferência dos aprendizes por advérbios que exprimem veracidade, realidade e intensidade cria a impressão de um discurso muito assertivo. Conclui-se que as diferenças encontradas podem estar ligadas a fatores como o tamanho dos corpora, a influência da língua materna dos aprendizes, a internalização dos elementos linguísticos necessários para a produção de um texto em língua estrangeira, a falta de fluência dos aprendizes e o contexto de sala de aula nas universidades

Normal structures and automorphism groups of t-designs

Combinatorial configurations known as t-designs are studied. These are pairs ˂B, ∏˃, where each element of B is a k-subset of ∏, and each t-design occurs in exactly λ elements of B, for some fixed integers k and λ. A theory of internal structure of t-designs is developed, and it is shown that any t-design can be decomposed in a natural fashion into a sequence of “simple” subdesigns. The theory is quite similar to the analysis of a group with respect to its normal subgroups, quotient groups, and homomorphisms. The analogous concepts of normal subdesigns, quotient designs, and design homomorphisms are all defined and used.

This structure theory is then applied to the class of t-designs whose automorphism groups are transitive on sets of t points. It is shown that if G is a permutation group transitive on sets of t letters and ф is any set of letters, then images of ф under G form a t-design whose parameters may be calculated from the group G. Such groups are discussed, especially for the case t = 2, and the normal structure of such designs is considered. Theorem 2.2.12 gives necessary and sufficient conditions for a t-design to be simple, purely in terms of the automorphism group of the design. Some constructions are given.

Finally, 2-designs with k = 3 and λ = 2 are considered in detail. These designs are first considered in general, with examples illustrating some of the configurations which can arise. Then an attempt is made to classify all such designs with an automorphism group transitive on pairs of points. Many cases are eliminated of reduced to combinations of Steiner triple systems. In the remaining cases, the simple designs are determined to consist of one infinite class and one exceptional case.

The interaction of color and luminance in stereoscopic vision

Experiments are described using the random dot stereo patterns devised by Julesz, but substituting various colors and luminances for the usual black and white random squares. The ability to perceive the patterns in depth depends on a luminance difference between the colors used. If two colors are the same luminance, then depth is not perceived although each of the individual squares which make up the patterns is easily seen due to the color difference. This is true for any combination of different colors. If different colors are used for corresponding random squares between the left and right eye patterns, stereopsis is possible for all combinations of binocular rivalry in color, provided the luminance difference is large enough. Rivalry in luminance always precludes stereopsis, regardless of the colors involved.

Tastes and odours in potable water:perception versus reality

Tastes and odours are amongst the few water quality standards immediately apparent to a consumer and, as a result, account for most consumer complaints about water quality. Although taste and odour problems can arise from a great many sources, from an operational point of view they are either ”predictable” or ”unpredictable”. The former - which include problems related to actinomycete and algal growth - have a tendency to occur in certain types of water under certain combinations of conditions, whereas the latter - typically chemical spills - can occur anywhere. Long-term control is one option for predictable problems, although biomanipulation on a large scale has had utile success. Detection and avoidance is a more practicable option for both predictable and unpredictable problems, particularly if the distribution network can be serviced from other sources. Where these are not feasible, then water treatment, typically using activated carbon, is possible. In general there is a reasonable understanding of what compounds cause taste and odour problems, and how to treat these. An efficient taste and odour control programme therefore relies ultimately on good management of existing resources. However, a number of problems lie outside the remit of water supply companies and will require more fundamental regulation of activities in the catchment.

Auto-ensamblaje de unidades porfirínicas para la obtención de dispositivos supramoleculares

40 p. : il.

The role of syllables in sign language production

The aim of the present study was to investigate the functional role of syllables in sign language and how the different phonological combinations influence sign production. Moreover, the influence of age of acquisition was evaluated. Deaf signers (native and non-native) of Catalan Signed Language (LSC) were asked in a picture-sign interference task to sign picture names while ignoring distractor-signs with which they shared two phonological parameters (out of three of the main sign parameters: Location, Movement, and Handshape). The results revealed a different impact of the three phonological combinations. While no effect was observed for the phonological combination Handshape-Location, the combination Handshape-Movement slowed down signing latencies, but only in the non-native group. A facilitatory effect was observed for both groups when pictures and distractors shared Location-Movement. Importantly, linguistic models have considered this phonological combination to be a privileged unit in the composition of signs, as syllables are in spoken languages. Thus, our results support the functional role of syllable units during phonological articulation in sign language production.

The effect of sublethal concentration of DimilinR (TH6040) on the larval development of the mud-crab Rhithropanopeus harrisii (Gould)

Sublethal DimilinR (insecticide) concentration significantly decreased the percentage survival of larval R. harrisii . This decrease was marked at low salinities, when it may have become toxic. This was true for both 25 and 30 C. Duration of larval development did not seem to be affected by sublethal DimilinR concentrations even in extremely low or high salinities. High temperature, however, shortened the time of development. No anatomical abnormality was observed. These findings are only tentative as more replicates of the experiments are needed before definite conclusions can be reached. It will be desirable to work with more salinity-temperature combinations to get a complete picture of sublethal effects under different environmental conditions.