Functional Upregulation of Ca2+ -Activated K+ Channels in the Development of Substantia Nigra Dopamine Neurons

Many connections in the basal ganglia are made around birth when animals are exposed to a host of new affective, cognitive, and sensori-motor stimuli. It is thought that dopamine modulates cortico-striatal synapses that result in the strengthening of those connections that lead to desired outcomes. We propose that there must be a time before which stimuli cannot be processed into functional connections, otherwise it would imply an effective link between stimulus, response, and reward in uterus. Consistent with these ideas, we present evidence that early in development dopamine neurons are electrically immature and do not produce high-frequency firing in response to salient stimuli. We ask first, what makes dopamine neurons immature? and second, what are the implications of this immaturity for the basal ganglia? As an answer to the first question, we find that at birth the outward current is small (3nS-V), insensitive to Ca2+, TEA, BK, and SK blockers. Rapidly after birth, the outward current increases to 15nS-V and becomes sensitive to Ca2+, TEA, BK, and SK blockers. We make a detailed analysis of the kinetics of the components of the outward currents and produce a model for BK and SK channels that we use to reproduce the outward current, and to infer the geometrical arrangement of BK and Ca2+ channels in clusters. In the first cluster, T-type Ca2+ and BK channels are coupled within distances of similar to 20 nm (200 parallel to). The second cluster consists of L-type Ca2+ and BK channels that are spread over distances of at least 60 nm. As for the second question, we propose that early in development, the mechanism of action selection is in a "locked-in" state that would prevent dopamine neurons from reinforcing cortico-striatal synapses that do not have a functional experiential-based value.

Cognitive and bodily selves: how do they interact following brain lesion?

Dualism has long distinguished between the mental and the body experiences. Probing the structure and organisation of the self traditionally calls for a distinction between these two sides of the self coin. It is far beyond the scope of this chapter to address these philosophical issues, and our starting point will be the simple distinction between reflective processes involved in the elaboration of body image, self awareness and self-recognition (i.e. ‘the self’) and the sensori-motor dialogues involved in action control, reactions and automatisms (i.e. ‘the body’ schema). This oversimplification does not take into account the complex interactions taking place between these two levels of description, but our initial aim will be to distinguish between them, before addressing the question of their interactions. Cognitive and sensori-motor processes have frequently been distinguished (review: Rossetti and Revonsuo 2000), and it may be proposed that a similar dissociation can be put forward, a priori, between a central representation of self and a bodily representation corresponding to body schema (Figure 1).

Constrained principal component analysis reveals functionally connected load-dependent networks involved in multiple stages of working memory

Constrained principal component analysis (CPCA) with a finite impulse response (FIR) basis set was used to reveal functionally connected networks and their temporal progression over a multistage verbal working memory trial in which memory load was varied. Four components were extracted, and all showed statistically significant sensitivity to the memory load manipulation. Additionally, two of the four components sustained this peak activity, both for approximately 3 s (Components 1 and 4). The functional networks that showed sustained activity were characterized by increased activations in the dorsal anterior cingulate cortex, right dorsolateral prefrontal cortex, and left supramarginal gyrus, and decreased activations in the primary auditory cortex and "default network" regions. The functional networks that did not show sustained activity were instead dominated by increased activation in occipital cortex, dorsal anterior cingulate cortex, sensori-motor cortical regions, and superior parietal cortex. The response shapes suggest that although all four components appear to be invoked at encoding, the two sustained-peak components are likely to be additionally involved in the delay period. Our investigation provides a unique view of the contributions made by a network of brain regions over the course of a multiple-stage working memory trial.

EEG activation differences in the pre-motor cortex and supplementary motor area between normal individuals with high and low traits of autism

The human mirror neuron system (hMNS) is believed to provide a basic mechanism for social cognition. Event-related desynchronization (ERD) in alpha (8–12 Hz) and low beta band (12–20 Hz) over sensori-motor cortex has been suggested to index mirror neurons' activity. We tested whether autistic traits revealed by high and low scores on the Autistic Quotient (AQ) in the normal population are linked to variations in the electroencephalogram (EEG) over motor, pre-motor cortex and supplementary motor area (SMA) during action observation. Results revealed that in the low AQ group, the pre-motor cortex and SMA were more active during hand action than static hand observation whereas in the high AQ group the same areas were active both during static and hand action observation. In fact participants with high traits of autism showed greater low beta ERD while observing the static hand than those with low traits and this low beta ERD was not significantly different when they watched hand actions. Over primary motor cortex, the classical alpha and low beta ERD during hand actions relative to static hand observation was found across all participants. These findings suggest that the observation–execution matching system works differently according to the degree of autism traits in the normal population and that this is differentiated in terms of the EEG according to scalp site and bandwidth.

A formação do conhecimento físico: um estudo da causalidade em J. Piaget

No contexto dos estudos psicogenéticos de J. Piaget, as investigações sobre o conhecimento físico abrangem .diferentes ternas, oriundos predominantemente da mecânica clássica. Há, no entanto, um terna específico que, ainda no contexto dos estudos psicogenéticos, é abordado de forma circunscrita: a causalidade, ou explicação causal, que é entendida por Piaget corno sinônimo do conhecimento físico. Este ensaio parte, em uma primeira etapa, dos três textos por ele escritos sobre este terna: "La causalité physique chez l'enfant" (1927); "Le développement de la causalité sensori-motrice", analisado em "La construction du ,réel chez l'enfant" (1937); e "Les explications ccausales"(197l). Desta apresentação se depreende a origem e evolução de alguns conceitos básicos de seu modelo teórico, bem corno os limites de uma pSicologia cognitiva que se volta para o estudo do sujeito epistêmico. Acrescentam-se observações e comentários críticos, originados de pesquisas atuais que, desenvolvidas no contexto do ensino e aprendizagem de física, focalizam as concepções espontâneas ou alternativas em mecânica. Finalmente, aborda-se o terna da formação do conhecimento físico, a partir da perspectiva de uma psicologia cognitiva, baseada em uma análise crítica dos estudos de J. Piaget.

Duas vertentes da ontogênese da linguagem no desenvolvimento cognitivo

Este estudo pretende trazer uma contribuição à discussão da relação linguagem-cognição, através do exame de um aspecto restrito do problema: a hipótese de uma base cognitiva para aquisição de linguagem. O modelo teórico piagetiano é analisado em sua explicação da ontogenese da linguagem como resultante das construções da inteligência sensório-motora. Alguns de seus aspectos são questionados, a possibilidade de sua explicitação em forma de hipótese verificável é examinada e a literatura é analisada em busca de evidências relevantes. A principal lacuna constatada é a visão de linguagem restrita a aspectos de desempenho, sendo levado em conta apenas o começo da emissão de palavras na quase totalidade das pesquisas. Ainda dentro de uma perspectiva construtivista, o esboço de um novo modelo teórico é proposto, incluindo a discussão da ontogenese da compreensão de linguagem. Hipóteses decorrentes da proposta teórica, especialmente a de início da possibilidade de tratar o signo linguístico antes do estágio VI, são formuladas e verificadas por pesquisa empírica. Esta inclui um estudo longitudinal e outro transversal do desenvolvimento linguístico e cognitivo de 45 crianças entre 8 e 18 meses. O desenvolvimento da compreensão é comparado em diversos aspectos ao da produção ou fala. Verifica-se que o primeiro começa mais cedo, é mais rápido e atinge um vocabulário maior e um nível mais complexo na faixa etária estudada. Há evidências ainda de diferenças no papel da imitação na construção do vocabulário nas duas vertentes. Observa-se um início de resposta mais generalizada e sistemática à linguagem a partir de nove meses, ocasião em que a criança se mostra capaz de coordenação de reações circulares secundárias e quando consegue reconstruir mentalmente um objeto invisível a partir de uma fração visível. Considera-se que esta resposta já envolve a decodificação de signos e a diferenciação significante-significado, numa etapa preliminar de um processo evolutivo que se entrelaça com a formação de conceitos. Os dados nao permitem a identificação de prê-requisitos cognitivos para aquisição de liguagem, mas dois aspectos podem ser destacados como correlatos do início do processo de compartilhar o signo linguístico: a possibilidade da criança compreender que tem um nome e responder a ele e uma intencionalidade primitiva. Os resultados apoiam as hipóteses formuladas e sugerem que as construções finais do período sensório-motor não são condições necessárias para aquisição de linguagem e que esta não ê consequência direta do desenvolvimento cognitivo. Novos estudos são necessários para suprir as limitações desta pesquisa e verificação das implicações decorrentes dos resultados obtidos.

O esquema de ação e a constituição do sujeito epistêmico: contribuições da epistemologia genética à teoria do conhecimento

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

A construção do conhecimento em crianças do período sensório-motor: relato de uma experiência com educadoras de creche

Cet article présente un rapport d'expérience qui visait à la formation continuée des enseignants du « Centro de Vivência Infantil » de l'Universidade Estadual Paulista. À partir des notions de l’Épistémologie Génétique comme: l’action, le scheme de l’action, l’adaptation, l’accommodation et l’assimilation, nous cherchons un fondement épistémologique pour le travail d’enseignant avec les enfants entre 0 et 24 mois. Nous présentons, comme résultat pratique de l’application de la connaissance des définitions en Épistémologie Génétique, le travail de formation continuée avec les enseignantes du « Centro de Convivência Infantil » de l’UNESP et la prise de conscience résultant pour adopter la perspective épistémologique piagetienne dans leur travail quotidien avec les enfants du période sensori-moteur.

Tecniche digitali per il rilievo, la modellazione tridimensionale e la rappresentazione nel campo dei beni culturali

Le soluzioni tecnologiche rese oggi disponibili dalle discipline della moderna Geomatica, offrono opportunità di grande interesse per il rilevamento nel settore dei Beni Culturali, sia per quanto riguarda il momento primario del rilievo, cioè la fase di acquisizione del dato metrico, sia per quanto concerne la questione della rappresentazione per oggetti di interesse archeologico, artistico, architettonico. Lo studio oggetto della presente tesi si propone, sulla base di numerose esperienze maturate nel corso del Dottorato dal Laboratorio di Topografia e Fotogrammetria del DISTART, di affrontare e approfondire le problematiche connesse all’utilizzo della fotogrammetria digitale e del laser a scansione terrestre per applicazioni nell’ambito dei Beni Culturali. La ricerca condotta è prettamente applicata, quindi è stata primaria l’esigenza di avere a disposizione reali casi di studio su cui sperimentare le tecniche di interesse; è però importante sottolineare che questo è un campo in cui ogni esperienza presenta proprie caratteristiche e peculiarità che la rendono interessante e difficilmente descrivibile con schemi convenzionali e metodologie standardizzate, quindi le problematiche emerse hanno di volta in volta indirizzato e spinto la ricerca all’approfondimento di certi aspetti piuttosto che altri. A tal proposito è stato evidenziato dalle esperienze effettuate che il campo dei Beni Culturali è forse il più emblematico delle potenzialità rese oggi disponibili dalle moderne tecnologie della Geomatica, e soprattutto dalle possibilità offerte da un approccio integrato e multi – disciplinare di tecniche e tecnologie diverse; per questo nell’Introduzione si è voluto sottolineare questo aspetto, descrivendo l’approccio metodologico adottato in molti lavori in contesto archeologico, che include generalmente diverse tecniche integrate tra loro allo scopo di realizzare in modo veloce e rigoroso un rilievo multi – scala che parte dal territorio, passa attraverso l’area del sito archeologico e degli scavi, ed arriva fino al singolo reperto; questo approccio è caratterizzato dall’avere tutti i dati e risultati in un unico e ben definito sistema di riferimento. In questa chiave di lettura l’attenzione si è poi focalizzata sulle due tecniche che rivestono oggi nel settore in esame il maggiore interesse, cioè fotogrammetria digitale e laser a scansione terrestre. La struttura della tesi segue le fasi classiche del processo che a partire dal rilievo porta alla generazione dei prodotti di rappresentazione; i primi due capitoli, incentrati sull’acquisizione del dato metrico, riguardano quindi da un lato le caratteristiche delle immagini e dei sensori digitali, dall’altro le diverse tipologie di sistemi laser con le corrispondenti specifiche tecniche; sempre nei primi capitoli vengono descritte le caratteristiche metodologiche e tecnico – operative e le relative problematiche delle due tipologie di rilievo. Segue un capitolo sulle procedure di calibrazione delle camere digitali non professionali, imperniato sull’utilizzo di software diversi, commerciali e sviluppati in house per questo scopo, prestando attenzione anche agli strumenti che essi offrono in termini di risultati ottenibili e di controllo statistico sugli stessi. La parte finale della tesi è dedicata al problema della rappresentazione, con l’obiettivo di presentare un quadro generale delle possibilità offerte dalle moderne tecnologie: raddrizzamenti, ortofoto, ortofoto di precisione e infine modelli tridimensionali foto – realistici, generati a partire sia da dati fotogrammetrici sia da dati laser.

Applicazioni di interferometria radar da satellite per la generazione di mappe di spostamento nell'analisi di fenomeni dinamici

Scopo di questa tesi è la produzione di una serie di mappe di deformazione del suolo o della copertura superficiale del terreno mediante l'utilizzo di una tecnica di monitoraggio territoriale da satellite denominata Interferometria SAR. Tale tecnica si colloca nell'ambito del Telerilevamento a sensori attivi. Le mappe di spostamento sono state prodotte per quattro casi di studio, due riguardanti eventi sismici (terremoto del 2009 a L'Aquila in Italia e terremoto del 2003 a Bam in Iran) e due relativi al movimento di deriva conseguente allo scioglimento dei ghiacciai alpini (ghiacciaio dell'Aletsch in Svizzera) e delle calotte polari (ghiacciaio David-Drygalski in Antartide).

Progettazione e Implementazione di un modulo di Power Management per Smart Environments

Progettazione ed implementazione di un modulo che gestisca il consumo di energia in uno Smart Environment, contestualizzato nell'ambito di un progetto europeo, SOFIA (Smart Object For Intelligent Applications), che ambisce ad accelerare l'integrazione di oggetti intelligenti nella vita quotidiana. Il consumo energetico da gestire e' quello di una rete di sensori; e' stato dimostrato che, riducendo le trasmissioni di dati tra sensori ed il resto della rete, le batterie durano quasi il doppio del tempo e, di conseguenza, la vita della rete e' raddoppiata, con vantaggi evidenti per l'ambiente.

DTCU: Alberi Decisionali per la Classificazione di Dati Incerti

Oggi piu' che mai e' fondamentale essere in grado di estrarre informazioni rilevanti e conoscenza dal grande numero di dati che ci possono arrivare da svariati contesti, come database collegati a satelliti e sensori automatici, repository generati dagli utenti e data warehouse di grandi compagnie. Una delle sfide attuali riguarda lo sviluppo di tecniche di data mining per la gestione dell’incertezza. L’obiettivo di questa tesi e' di estendere le attuali tecniche di gestione dell’incertezza, in particolare riguardanti la classificazione tramite alberi decisionali, in maniera tale da poter gestire incertezza anche sull’attributo di classe.

Diagnosi non distruttiva del patrimonio storico-architettonico: applicazioni in laboratorio e in sito presso il Duomo di Modena e la Ghirlandina.

Le prove non distruttive che sono state studiate in questa tesi sono il monitoraggio termografico, le prove soniche, la tecnica tomografica sonica e l’indagine tramite georadar. Ogni capitolo di applicazione in sito o in laboratorio è sempre preceduto da un capitolo nel quale sono spiegati i principi fondamentali della tecnica applicata. I primi cinque capitoli riguardano un problema molto diffuso nelle murature, cioè la risalita capillare di umidità o di soluzione salina all’interno delle stesse. Spiegati i principi alla base della risalita capillare in un mezzo poroso e della tecnica termografica, sono state illustrate le tre prove svolte in laboratorio: una prova di risalita (di umidità e di salamoia) su laterizi, una prova di risalita di salamoia su tripletta muraria monitorata da sensori e una prova di risalita di umidità su muretto fessurato monitorata tramite termografia ad infrarossi. Nei capitoli 6 e 7 sono stati illustrati i principi fondamentali delle prove soniche ed è stata presentata un’analisi approfondita di diverse aree del Duomo di Modena in particolare due pareti esterne, un pilastro di muratura e una colonna di pietra. Nelle stesse posizioni sono state effettuate anche prove tramite georadar (Capitoli 11 e 12) per trovare analogie con le prove soniche o aggiungere informazioni che non erano state colte dalle prove soniche. Nei capitoli 9 e 10 sono stati spiegati i principi della tomografia sonica (tecnica di inversione dei tempi di volo e tecnica di inversione delle ampiezze dei segnali), sono stati illustrati i procedimenti di elaborazione delle mappe di velocità e sono state riportate e commentate le mappe ottenute relativamente ad un pilastro di muratura del Duomo di Modena (sezioni a due quote diverse) e ad un pilastro interno di muratura della torre Ghirlandina di Modena.

Analisi di immagini termiche aeree e satellitari per indagini multiscala in ambito urbano

L’alta risoluzione nel telerilevamento termico (Thermal Remote Sensing) da aereo o satellitare si rivela molto importante nell’analisi del comportamento termico delle superfici, in particolare per lo studio dei fenomeni climatici locali dello spazio urbano. La stato termico dell'ambiente urbano è oggi motivo di grande interesse per ricercatori, organi istituzionali e cittadini. Uno dei maggiori campi di studio del comportamento termico urbano interessa il problema energetico: la riduzione dei consumi e delle emissioni di CO2 è un obiettivo primario da perseguire per uno sviluppo sostenibile, spesso supportato da criteri legislativi e progetti comunitari. Su scala differente e con caratteristiche differenti, un altro degli argomenti che scuote da anni e con notevole interesse la ricerca scientifica, è il fenomeno termico urbano che prende il nome di isola di calore; questa si sviluppa non solo in conseguenza al calore sensibile rilasciato da attività antropiche, ma anche a causa della sempre maggiore conversione del territorio rurale in urbanizzato (inurbamento), con conseguente riduzione del fenomeno dell’evapotraspirazione. Oggetto di questa dissertazione è lo studio del comportamento termico delle superfici in ambito urbano, sperimentato sulla città di Bologna. Il primo capitolo si interessa dei principi e delle leggi fisiche sui quali è basato il telerilevamento effettuato nelle bende spettrali dell’infrarosso termico. Viene data una definizione di temperatura radiometrica e cinematica, tra loro legate dall’emissività. Vengono esposti i concetti di risoluzione (geometrica, radiometrica, temporale e spettrale) dell’immagine termica e viene data descrizione dei principali sensori su piattaforma spaziale per l’alta risoluzione nel TIR (ASTER e Landsat). Il secondo capitolo si apre con la definizione di LST (Land Surface Temperature), parametro del terreno misurato col telerilevamento, e ne viene descritta la dipendenza dal flusso della radiazione in atmosfera e dalle condizioni di bilancio termico della superficie investigata. Per la sua determinazione vengono proposti metodi diversi in funzione del numero di osservazioni disponibili nelle diverse bande spettrali dell’IR termico. In chiusura sono discussi i parametri che ne caratterizzano la variabilità. Il capitolo terzo entra nel dettaglio del telerilevamento termico in ambito urbano, definendo il fenomeno dell’Urban Heat Island su tutti i livelli atmosferici interessati, fornendo un quadro di operabilità con gli strumenti moderni di rilievo alle differenti scale (analisi multiscala). Un esempio concreto di studio multiscala dei fenomeni termici urbani è il progetto europeo EnergyCity, volto a ridurre i consumi energetici e le emissioni di gas serra di alcune città del centro Europa. Il capitolo quarto riporta la sperimentazione condotta sull’isola di calore urbana della città di Bologna tramite immagini ASTER con risoluzione spaziale 90 m nel TIR e ricampionate a 15 m dal VIS. Lo studio dell’isola di calore si è effettuata a partire dal calcolo della Land Surface Temperature utilizzando valori di emissività derivati da classificazione delle superfici al suolo. Per la validazione dei dati, in alternativa alle stazioni di monitoraggio fisse dell’ARPA, presenti nell’area metropolitana della città, si è sperimentato l’utilizzo di data-loggers per il rilievo di temperatura con possibilità di campionamento a 2 sec. installati su veicoli mobili, strumentati con ricevitori GPS, per la misura dei profili di temperatura atmosferica near-ground lungo transetti di attraversamento della città in direzione est-ovest.