BPSK to ASK signal conversion using injection-locked oscillators-part II: experiment

This paper demonstrates the feasibility of a new circuit for the conversion of binary phase-shift keying signals into amplitude-shift keying signals. In its simplest form, the converter circuit is composed by a power divider, a couple of second harmonic injection-locked oscillators, and a power combiner. The operation of the converter circuit relies on the frequency synchronization of both oscillators and the generation of an interference pattern by combining their outputs, which reproduces the original phase modulation. Two prototypes of the converter have been implemented. The first one is a hybrid version working in the 400-530-MHz frequency range. The second one has been implemented using multichip-module technology, and is intended to work in the 1.8-2.2-GHz frequency range.

Amplitude envelope synchronization in coupled chaotic oscillators.

A peculiar type of synchronization has been found when two Van der PolDuffing oscillators, evolving in different chaotic attractors, are coupled. As the coupling increases, the frequencies of the two oscillators remain different, while a synchronized modulation of the amplitudes of a signal of each system develops, and a null Lyapunov exponent of the uncoupled systems becomes negative and gradually larger in absolute value. This phenomenon is characterized by an appropriate correlation function between the returns of the signals, and interpreted in terms of the mutual excitation of new frequencies in the oscillators power spectra. This form of synchronization also occurs in other systems, but it shows up mixed with or screened by other forms of synchronization, as illustrated in this paper by means of the examples of the dynamic behavior observed for three other different models of chaotic oscillators.

Efficient self-synchronised blind audio watermarking system based on time domain and FFT amplitude modification

Many audio watermarking schemes divide the audio signal into several blocks such that part of the watermark is embedded into each of them. One of the key issues in these block-oriented watermarking schemes is to preserve the synchronisation, i.e. to recover the exact position of each block in the mark recovery process. In this paper, a novel time domain synchronisation technique is presented together with a new blind watermarking scheme which works in the Discrete Fourier Transform (DFT or FFT) domain. The combined scheme provides excellent imperceptibility results whilst achieving robustness against typical attacks. Furthermore, the execution of the scheme is fast enough to be used in real-time applications. The excellent transparency of the embedding algorithm makes it particularly useful for professional applications, such as the embedding of monitoring information in broadcast signals. The scheme is also compared with some recent results of the literature.

ICA Cleaning procedure for EEG signals analysis: application to Alzheimer's disease detection

To develop systems in order to detect Alzheimer’s disease we want to use EEG signals. Available database is raw, so the first step must be to clean signals properly. We propose a new way of ICA cleaning on a database recorded from patients with Alzheimer's disease (mildAD, early stage). Two researchers visually inspected all the signals (EEG channels), and each recording's least corrupted (artefact-clean) continuous 20 sec interval were chosen for the analysis. Each trial was then decomposed using ICA. Sources were ordered using a kurtosis measure, and the researchers cleared up to seven sources per trial corresponding to artefacts (eye movements, EMG corruption, EKG, etc), using three criteria: (i) Isolated source on the scalp (only a few electrodes contribute to the source), (ii) Abnormal wave shape (drifts, eye blinks, sharp waves, etc.), (iii) Source of abnormally high amplitude ( �100 �V). We then evaluated the outcome of this cleaning by means of the classification of patients using multilayer perceptron neural networks. Results are very satisfactory and performance is increased from 50.9% to 73.1% correctly classified data using ICA cleaning procedure.

A simple test of muscle coactivation estimation using electromyography

In numerous motor tasks, muscles around a joint act coactively to generate opposite torques. A variety of indexes based on electromyography signals have been presented in the literature to quantify muscle coactivation. However, it is not known how to estimate it reliably using such indexes. The goal of this study was to test the reliability of the estimation of muscle coactivation using electromyography. Isometric coactivation was obtained at various muscle activation levels. For this task, any coactivation measurement/index should present the maximal score (100% of coactivation). Two coactivation indexes were applied. In the first, the antagonistic muscle activity (the lower electromyographic signal between two muscles that generate opposite joint torques) is divided by the mean between the agonistic and antagonistic muscle activations. In the second, the ratio between antagonistic and agonistic muscle activation is calculated. Moreover, we computed these indexes considering different electromyographic amplitude normalization procedures. It was found that the first algorithm, with all signals normalized by their respective maximal voluntary coactivation, generates the index closest to the true value (100%), reaching 92 ± 6%. In contrast, the coactivation index value was 82 ± 12% when the second algorithm was applied and the electromyographic signal was not normalized (P < 0.04). The new finding of the present study is that muscle coactivation is more reliably estimated if the EMG signals are normalized by their respective maximal voluntary contraction obtained during maximal coactivation prior to dividing the antagonistic muscle activity by the mean between the agonistic and antagonistic muscle activations.

Contributions des voies vestibulospinale et corticospinale au contrôle des mouvements du bras

Le contrôle des mouvements du bras fait intervenir plusieurs voies provenant du cerveau. Cette thèse, composée principalement de deux études, tente d’éclaircir les contributions des voies tirant leur origine du système vestibulaire et du cortex moteur. Dans la première étude (Raptis et al 2007), impliquant des mouvements d’atteinte, nous avons cerné l’importance des voies descendantes partant du système vestibulaire pour l’équivalence motrice, i.e. la capacité du système moteur à atteindre un but moteur donné lorsque le nombre de degrés de liberté articulaires varie. L’hypothèse émise était que le système vestibulaire joue un rôle essentiel dans l’équivalence motrice. Nous avons comparé la capacité d’équivalence motrice de sujets sains et de patients vestibulodéficients chroniques lors de mouvements nécessitant un contrôle des positions du bras et du tronc. Pendant que leur vision était temporairement bloquée, les sujets devaient soit maintenir une position de l’index pendant une flexion du tronc, soit atteindre une cible dans l’espace péri-personnel en combinant le mouvement du bras avec une flexion du tronc. Lors d’essais déterminés aléatoirement et imprévus par les participants, leur tronc était retenu par un mécanisme électromagnétique s’activant en même temps que le signal de départ. Les sujets sains ont pu préserver la position ou la trajectoire de l’index dans les deux conditions du tronc (libre, bloqué) en adaptant avec une courte latence (60-180 ms) les mouvements articulaires au niveau du coude et de l’épaule. En comparaison, six des sept patients vestibulodéficients chroniques ont présenté des déficits au plan des adaptations angulaires compensatoires. Pour ces patients, entre 30 % et 100 % du mouvement du tronc n’a pas été compensé et a été transmis à la position ou trajectoire de l’index. Ces résultats indiqueraient que les influences vestibulaires évoquées par le mouvement de la tête pendant la flexion du tronc jouent un rôle majeur pour garantir l’équivalence motrice dans ces tâches d’atteinte lorsque le nombre de degrés de liberté articulaires varie. Également, ils démontrent que la plasticité de long terme survenant spontanément après une lésion vestibulaire unilatérale complète ne serait pas suffisante pour permettre au SNC de retrouver un niveau d’équivalence motrice normal dans les actions combinant un déplacement du bras et du tronc. Ces tâches de coordination bras-tronc constituent ainsi une approche inédite et sensible pour l’évaluation clinique des déficits vestibulaires. Elles permettent de sonder une dimension fonctionnelle des influences vestibulaires qui n’était pas prise en compte dans les tests cliniques usuels, dont la sensibilité relativement limitée empêche souvent la détection d’insuffisances vestibulaires six mois après une lésion de ces voies. Avec cette première étude, nous avons donc exploré comment le cerveau et les voies descendantes intègrent des degrés de liberté articulaires supplémentaires dans le contrôle du bras. Dans la seconde étude (Raptis et al 2010), notre but était de clarifier la nature des variables spécifiées par les voies descendantes pour le contrôle d’actions motrices réalisées avec ce membre. Nous avons testé l’hypothèse selon laquelle les voies corticospinales contrôlent la position et les mouvements des bras en modulant la position-seuil (position de référence à partir de laquelle les muscles commencent à être activés en réponse à une déviation de cette référence). Selon ce principe, les voies corticospinales ne spécifieraient pas directement les patrons d’activité EMG, ce qui se refléterait par une dissociation entre l’EMG et l’excitabilité corticospinale pour des positions-seuils différentes. Dans un manipulandum, des participants (n=16) ont modifié leur angle du poignet, d’une position de flexion (45°) à une position d’extension (-25°), et vice-versa. Les forces élastiques passives des muscles ont été compensées avec un moteur couple afin que les sujets puissent égaliser leur activité EMG de base dans les deux positions. L’excitabilité motoneuronale dans ces positions a été comparée à travers l’analyse des réponses EMG évoquées à la suite d’étirements brefs. Dans les deux positions, le niveau d’EMG et l’excitabilité motoneuronale étaient semblables. De plus, ces tests ont permis de montrer que le repositionnement du poignet était associé à une translation de la position-seuil. Par contre, malgré la similitude de l’excitabilité motoneuronale dans ces positions, l’excitabilité corticospinale des muscles du poignet était significativement différente : les impulsions de stimulation magnétique transcrânienne (TMS; à 1.2 MT, sur l’aire du poignet de M1) ont provoqué des potentiels moteurs évoqués (MEP) de plus grande amplitude en flexion pour les fléchisseurs comparativement à la position d’extension et vice-versa pour les extenseurs (p<0.005 pour le groupe). Lorsque les mêmes positions étaient établies après une relaxation profonde, les réponses réflexes et les amplitudes des MEPs ont drastiquement diminué. La relation caractéristique observée entre position physique et amplitude des MEPs dans le positionnement actif s’est aussi estompée lorsque les muscles étaient relâchés. Cette étude suggère que la voie corticospinale, en association avec les autres voies descendantes, participerait au contrôle de la position-seuil, un processus qui prédéterminerait le référentiel spatial dans lequel l’activité EMG émerge. Ce contrôle de la « référence » constituerait un principe commun s’appliquant à la fois au contrôle de la force musculaire, de la position, du mouvement et de la relaxation. Nous avons aussi mis en évidence qu’il est nécessaire, dans les prochaines recherches ou applications utilisant la TMS, de prendre en compte la configuration-seuil des articulations, afin de bien interpréter les réponses musculaires (ou leurs changements) évoquées par cette technique; en effet, la configuration-seuil influencerait de manière notable l’excitabilité corticomotrice, qui peut être considérée comme un indicateur non seulement lors d’activités musculaires, mais aussi cognitives, après apprentissages moteurs ou lésions neurologiques causant des déficits moteurs (ex. spasticité, faiblesse). Considérées dans leur ensemble, ces deux études apportent un éclairage inédit sur des principes fondamentaux du contrôle moteur : nous y illustrons de manière plus large le rôle du système vestibulaire dans les tâches d’atteinte exigeant une coordination entre le bras et son « support » (le tronc) et clarifions l’implication des voies corticomotrices dans la spécification de paramètres élémentaires du contrôle moteur du bras. De plus amples recherches sont cependant nécessaires afin de mieux comprendre comment les systèmes sensoriels et descendants (e.g. vestibulo-, réticulo-, rubro-, propriospinal) participent et interagissent avec les signaux corticofugaux afin de spécifier les seuils neuromusculaires dans le contrôle de la posture et du mouvement.

Effets du port continu de coquilles correctrices Invisalign® sur l’articulation temporo-mandibulaire et les muscles du complexe facial.

INTRODUCTION : L’articulation temporo-mandibulaire (ATM) est un système articulaire excessivement complexe. L'étiologie des désordres temporo-mandibulaires (DTM) est encore incertaine et le lien de cause à effet des traitements orthodontiques en tant que facteur de risque est une question qui a longuement été discutée. Cette étude clinique prospective vise à évaluer les effets à long terme du port continu de coquilles correctrices Invisalign® sur l’ATM et les muscles du complexe facial. MATÉRIELS ET MÉTHODES : L'étude incluait 43 adolescents et adultes âgés entre 13 et 51 ans (25 femmes et 18 hommes). Deux d'entre eux ont été exclus en raison de mauvaise coopération causant l’arrêt du traitement orthodontique. Les effets dans le temps des coquilles sur l'ATM et les muscles du complexe facial ont été évalués en utilisant l’examen du Research Diagnostic Criteria for Temporomandibular Disorders (RDC/TMD). Le nombre de contractions musculaires durant le sommeil a été mesuré objectivement par enregistrements électromyographiques (EMG) et la fréquence de grincement et de serrement des dents à l’éveil a été rapportée subjectivement par les patients à l’aide de questionnaires. Des mesures répétées ont été effectuées aux temps suivants: avant le début du traitement pour les données contrôles (T1), deux semaines (T2), et six mois (T3) après le début du traitement. Les données numériques ont été analysées par l’analyse de variance (ANOVA) en mesures répétées et la méthode de Brunner-Langer, alors que les données nominales ont été évaluées par le test de Cochran-Mantel-Haenszel. Les résultats ont été considérés significatifs si p < 0.05. RÉSULTATS ET DISCUSSION : Le nombre de contractions musculaires par heure (index) durant le sommeil et leur durée moyenne n’ont pas été statistiquement différents entre les trois nuits d’enregistrement EMG (Brunner Langer, p > 0.005). Cependant, 67 % des participants ont rapporté avoir eu du grincement ou du serrement des dents la nuit au T2 et 64 % au T3 comparativement à 39 % au T1, ce qui était une augmentation significative (Cochran-Mantel-Haenszel, p = 0.0112). Quarante-quatre pour cent des patients ont signalé du grincement ou du serrement des dents pendant le jour au T1, tandis qu'un pourcentage nettement plus élevé de 66 % en a rapporté au T2 et 61 % au T3 (Cochran-Mantel-Haenszel, p = 0.0294). Au T1, 12 % des sujets ont indiqué qu'ils se sont réveillés avec une douleur musculaire, comparativement à 29 % au T2, ce qui était une augmentation significative (Cochran-Mantel-Haenszel, p = 0.0347). Au T2, il y avait une réduction significative des mouvements maximaux de la mandibule dans toutes les directions (ANOVA en mesures répétées, p < 0,05). De plus, il y a eu une augmentation significative du nombre de sites douloureux et de l'intensité de la douleur à la palpation de l'ATM et des muscles faciaux avec l'évaluation du RDC/TMD au T2 en comparaison aux T1 et T3 (Brunner Langer, p < 0,05). CONCLUSION : La présente étude n’a révélé aucun effet des coquilles sur l’activité oro-faciale durant le sommeil au fil du temps mesurée objectivement à l’aide des enregistrements EMG, mais une augmentation significative de la fréquence du grincement et du serrement des dents rapportée subjectivement par les patients au moyen des questionnaires aux T2 et T3. Au T2, il y avait une augmentation significative des symptômes de l'ATM et des muscles du complexe oro-facial, mais ces symptômes sont retournés au niveau initial avec le temps.

Phase modulation of microwave signals using point contact Germanium signal diodes

A forward - biased point contact germanium signal diode placed inside a waveguide section along the E -vector is found to introduce significant phase shift of microwave signals . The usefulness of the arrangement as a phase modulator for microwave carriers is demonstrated. While there is a less significant amplitude modulation accompanying phase modulation , the insertion losses are found to be negligible. The observations can be explained on the basis of the capacitance variation of the barrier layer with forward current in the diode

Efeitos imediatos da eletroestimulação nervosa transcutânea e crioterapia na espasticidade e na atividade eletromiográfica de sujeitos hemiparéticos

Cerebrovascular accident (CVA) is a term used to characterize an ischemic or hemorrhagic vascular injury, which has got as main clinic manifestations, the motor and reflex function disturbance. In the first stage there is flaccidity and loss of voluntary movements that afterwards is substituted by mass patterns and spasticity. The spasticity brings with itself functional deficits and can generate negative impacts in various motor patterns. The aim of this research was to investigate the hyperreflexia and identify the immediate effects of transcutaneous nervous stimulation (TENS) and cryotherapy in the spasticity and electromyographic activity of hemiparetic subjects. The study is characterized as an almost experimental type, in which were selected, to compose the sample, 16 patients of both sex with CVA sequel. These individuals were evaluated by collecting the amplitude peak to peak and H reflex latency, Motor response (M response) in solear muscle and the electromyography (EMG) of the injured and healthy legs anterior tibial muscles. In the injured limb the evaluations occurred in different days for cryotherapy, TENS and control, in two moments, before and after the interventions. The healthy limb was evaluated one single time to serve as baseline, for comparison with the injured limb. It was used an statistic analysis, the t paired student test to identify the H reflex differences, latency and EMG of the injured and healthy limbs and to compare the results before and after the recourses application. The ANOVA for related samples was used to identify the differences among the recourses used. It was attributed for the statistic tests a significance level of 5%. The amplitude peak to peak of normalized maximum H reflex through the maximum motor response (Hmax/Mmax), showed itself significantly increased in the injured limb (p=0.0245). The H reflex latency was presented reduced in the injured limb (p=0, 0375). The electromyographic activity was showed decreased in the injured limb (p< 0.0001). After the TENS there was a Hmáx/Mmáx ratio decrease (0.60±0.16 versus 0.49.±0.18; P = 0.0006). Nonetheless, Just after the cryotherapy application there was an increase of Hmáx/Mmáx ratio (0.58 ± 0,15 to 0.77 ± 0.13, P=0,0007) and increase of signal latency (30.41 ± 1.87 versus 33.24 ± 2.19; P=0.0001). The electromyographic activity wasn t altered significantly by any resource. It was met statistic significant differences when the Hmáx/Mmáx P<0.0001) ratio and H reflex latency (P<0.0001) were compared between the post TENS, cryotherapy and control. One can conclude that the TENS can be used to spasticity immediate reduction, and that the cryotherapy can increase the hyperreflexia state in spastic patients. Nonetheless, the spasticity decrease or increase didn t provoke lectromyographic activity change in the muscle that is opponent to the spastic one

Back extensor muscle fatigue at submaximal workloads assessed using frequency banding of the electromyographic signal

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Residual signal auto-correlation to evaluate speech in Parkinson's disease patients

Objective: To evaluate the maximum residual signal auto-correlation also known as pitch amplitude (PA) values in patients with Parkinson's disease (PD) patients. Method. The signals of 21 Parkinson's patients were compared with 15 healthy individuals, divided according age and gender. Results: Statistical difference was seen between groups for PA, 0.39 for controls and 0.25 for PD. Normal value threshold was set as 0.3; (p <= 0.001). In the Parkinson's group 80.77%, and in the control group only 12.28%, had a PA < 0.3 demonstrating an association between these variables. The dispersion diagram for age and PA for PD individuals showed p=0.01 and r=0.54. There was no significant difference in relation to gender and PA between groups: Conclusion: the significant differences in pitch's amplitude between PD patients and healthy individuals demonstrate the methods specificity.-The results showed the need of prospective controlled studies,to improve the use and indications of residual signal auto-correlation to evaluate speech in PD patients.

Avaliação do sincronismo do sinal eletromiográfico com o equilíbrio dinâmico de jogadores de futebol durante o chute

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Reconstruction of the gravitational wave signal h(t) during the Virgo science runs and independent validation with a photon calibrator

The Virgo detector is a kilometer-scale interferometer for gravitational wave detection located near Pisa (Italy). About 13 months of data were accumulated during four science runs (VSR1, VSR2, VSR3 and VSR4) between May 2007 and September 2011, with increasing sensitivity. In this paper, the method used to reconstruct, in the range 10 Hz-10 kHz, the gravitational wave strain time series h(t) from the detector signals is described. The standard consistency checks of the reconstruction are discussed and used to estimate the systematic uncertainties of the h(t) signal as a function of frequency. Finally, an independent setup, the photon calibrator, is described and used to validate the reconstructed h(t) signal and the associated uncertainties. The systematic uncertainties of the h(t) time series are estimated to be 8% in amplitude. The uncertainty of the phase of h(t) is 50 mrad at 10 Hz with a frequency dependence following a delay of 8 mu s at high frequency. A bias lower than 4 mu s and depending on the sky direction of the GW is also present.

PREPARATORY EMG ACTIVITY REVEALS A RAPID ADAPTATION PATTERN IN HUMANS PERFORMING LANDING MOVEMENTS IN BLINDFOLDED CONDITION

The main questions addressed in this work were whether and how adaptation to suppression of visual information occurs in a free-fall paradigm, and the extent to which vision availability influences the control of landing movements. The prelanding modulation of EMG timing and amplitude of four lower-limb muscles was investigated. Participants performed six consecutive drop-landings from four different heights in two experimental conditions: with and without vision. Experimental design precluded participants from estimating the height of the drop. Since cues provided by proprioceptive and vestibular information acquired during the first trials were processed, the nervous system rapidly adapted to the lack of visual information, and hence produced a motor output (i.e., prelanding EMG modulation) similar to that observed when performing the activity with vision available.

Enhancing weak signal transmission through a feedforward network

The ability to transmit and amplify weak signals is fundamental to signal processing of artificial devices in engineering. Using a multilayer feedforward network of coupled double-well oscillators as well as Fitzhugh-Nagumo oscillators, we here investigate the conditions under which a weak signal received by the first layer can be transmitted through the network with or without amplitude attenuation. We find that the coupling strength and the nodes' states of the first layer act as two-state switches, which determine whether the transmission is significantly enhanced or exponentially decreased. We hope this finding is useful for designing artificial signal amplifiers.