Functional switch between motor tracts in the presence of the mAb IN-1 in the adult rat

Fine finger and hand movements in humans, monkeys, and rats are under the direct control of the corticospinal tract (CST). CST lesions lead to severe, long-term deficits of precision movements. We transected completely both CSTs in adult rats and treated the animals for 2 weeks with an antibody that neutralized the central nervous system neurite growth inhibitory protein Nogo-A (mAb IN-1). Anatomical studies of the rubrospinal tracts showed that the number of collaterals innervating the cervical spinal cord doubled in the mAb IN-1- but not in the control antibody-treated animals. Precision movements of the forelimb and fingers were severely impaired in the controls, but almost completely recovered in the mAb IN-1-treated rats. Low threshold microstimulation of the motor cortex induced a rapid forelimb electromyography response that was mediated by the red nucleus in the mAb IN-1 animals but not in the controls. These findings demonstrate an unexpectedly high capacity of the adult central nervous system motor system to sprout and reorganize in a targeted and functionally meaningful way.

Regulation of Tomato Fruit Polygalacturonase mRNA Accumulation by Ethylene: A Re-Examination1

Polygalacturonase (PG) is the major enzyme responsible for pectin disassembly in ripening fruit. Despite extensive research on the factors regulating PG gene expression in fruit, there is conflicting evidence regarding the role of ethylene in mediating its expression. Transgenic tomato (Lycopersicon esculentum) fruits in which endogenous ethylene production was suppressed by the expression of an antisense 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid (ACC) synthase gene were used to re-examine the role of ethylene in regulating the accumulation of PG mRNA, enzyme activity, and protein during fruit ripening. Treatment of transgenic antisense ACC synthase mature green fruit with ethylene at concentrations as low as 0.1 to 1 μL/L for 24 h induced PG mRNA accumulation, and this accumulation was higher at concentrations of ethylene up to 100 μL/L. Neither PG enzyme activity nor PG protein accumulated during this 24-h period of ethylene treatment, indicating that translation lags at least 24 h behind the accumulation of PG mRNA, even at high ethylene concentrations. When examined at concentrations of 10 μL/L, PG mRNA accumulated within 6 h of ethylene treatment, indicating that the PG gene responds rapidly to ethylene. Treatment of transgenic tomato fruit with a low level of ethylene (0.1 μL/L) for up to 6 d induced levels of PG mRNA, enzyme activity, and protein after 6 d, which were comparable to levels observed in ripening wild-type fruit. A similar level of internal ethylene (0.15 μL/L) was measured in transgenic antisense ACC synthase fruit that were held for 28 d after harvest. In these fruit PG mRNA, enzyme activity, and protein were detected. Collectively, these results suggest that PG mRNA accumulation is ethylene regulated, and that the low threshold levels of ethylene required to promote PG mRNA accumulation may be exceeded, even in transgenic antisense ACC synthase tomato fruit.

Pleasant sweeping grooming touch in rhesus monkey: effects on autonomic nervous system and its codification in posterior insular and secondary somatosensory cortex

Il tatto assume un'importanza fondamentale nella vita quotidiana, in quanto ci permette di discriminare le caratteristiche fisiche di un oggetto specifico, di identificarlo e di eventualmente integrare le suddette informazioni tattili con informazioni provenienti da altri canali sensoriali. Questa è la componente sensoriale-discriminativa del tatto. Tuttavia quotidianamente il tatto assume un ruolo fondamentale durante le diverse interazioni sociali, positive, come quando abbracciamo o accarezziamo una persona con cui abbiamo un rapporto affettivo e negative, per esempio quando allontaniamo una persona estranea dal nostro spazio peri-personale. Questa componente è la cosiddetta dimensione affettiva-motivazionale, la quale determina la codifica della valenza emotiva che l'interazione assume. Questa componente ci permette di creare, mantenere o distruggere i legami sociali in relazione al significato che il tocco assume durante l'interazione. Se per esempio riceviamo una carezza da un familiare, questa verrà percepita come piacevole e assumerà un significato affiliativo. Questo tipo di tocco è comunente definito come Tocco Sociale (Social Touch). Gli aspetti discriminativi del tatto sono stati ben caratterizzati, in quanto storicamente, il ruolo del tatto è stato considerato quello di discriminare le caratteristiche di ciò che viene toccato, mentre gli aspetti affettivi sono stati solo recentemente indagati considerando la loro importanza nelle interazioni sociali. Il tocco statico responsabile dell'aspetto discriminante attiva a livello della pelle le grandi fibre mieliniche (Aβ), modulando a livello del sistema nervoso centrale le cortecce sensoriali, sia primarie che secondarie. Questo permette la codifica a livello del sistema nervoso centrale delle caratteristiche fisiche oggettive degli oggetti toccati. Studi riguardanti le caratteristiche del tocco affiliativo sociale hanno messo in evidenza che suddetta stimolazione tattile 1) è un particolare tocco dinamico che avviene sul lato peloso delle pelle con una velocità di 1-10 cm/sec; 2) attiva le fibre amieliniche (fibre CT o C-LTMRs); 3) induce positivi effetti autonomici, ad esempio la diminuzione della frequenza cardiaca e l'aumento della variabilità della frequenza cardiaca; e 4) determina la modulazione di regioni cerebrali coinvolte nella codifica del significato affiliativo dello stimolo sensoriale periferico, in particolare la corteccia insulare. Il senso del tatto, con le sue due dimensioni discriminativa e affiliativa, è quotidianamente usato non solo negli esseri umani, ma anche tra i primati non umani. Infatti, tutti i primati non umani utilizzano la componente discriminativa del tatto per identificare gli oggetti e il cibo e l'aspetto emotivo durante le interazioni sociali, sia negative come durante un combattimento, che positive, come durante i comportamenti affiliativi tra cui il grooming. I meccanismi di codifica della componente discriminativa dei primati non umani sono simili a quelli umani. Tuttavia, si conosce ben poco dei meccanismi alla base della codifica del tocco piacevole affiliativo. Pur essendo ben noto che i meccanorecettori amilienici C-LTMRs sono presenti anche sul lato peloso della pelle dei primati non umani, attualmente non ci sono studi riguardanti la correlazione tra il tocco piacevole e la loro modulazione, come invece è stato ampiamente dimostrato nell'uomo. Recentemente è stato ipotizzato (Dunbar, 2010) il ruolo delle fibre C-LTMRs durante il grooming, in particolare durante il cosiddetto swepping. Il grooming è costituito da due azioni motorie, lo sweeping e il picking che vengono eseguite in modo ritmico. Durante lo sweeping la scimmia agente muove il pelo della scimmia ricevente con un movimento a mano aperta, per poter vedere il preciso punto della pelle dove eseguire il picking, ovvero dove prendere la pelle a livello della radice del pelo con le unghie dell'indice e del pollice e tirare per rimuovere parassiti o uova di parassiti e ciò che è rimasto incastrato nel pelo. Oltre il noto ruolo igenico, il grooming sembra avere anche una importante funzione sociale affiliativa. Come la carezza nella società umana, cosi il grooming tra i primati non umani è considerato un comportamento. Secondo l'ipotesi di Dunbar l'attivazione delle C-LTMRs avverrebbe durante lo sweeping e questo porta a supporre che lo sweeping, come la carezza umana, costituisca una componente affiliativa del grooming, determinando quindi a contribuire alla sua codifica come comportamento sociale. Fino ad ora non vi è però alcuna prova diretta a sostegno di questa ipotesi. In particolare, 1) la velocità cui viene eseguito lo sweeping è compatibile con la velocità di attivazione delle fibre CT nell'uomo e quindi con la velocità tipica della carezza piacevole di carattere sociale affiliativo (1-10 cm/sec)?; 2) lo sweeping induce la stessa modulazione del sistema nervoso autonomo in direzione della modulazione del sistema vagale, come il tocco piacevole nell'uomo, attraverso l'attivazione delle fibre CT?; 3) lo sweeping modula la corteccia insulare, cosi come il tocco piacevole viene codificato come affiliativo nell'uomo mediante le proiezioni delle fibre CT a livello dell'insula posteriore? Lo scopo del presente lavoro è quella di testare l'ipotesi di Dunbar sopra citata, cercando quindi di rispondere alle suddette domande. Le risposte potrebbero consentire di ipotizzare la somiglianza tra lo sweeping, caratteristico del comportamento affiliativo di grooming tra i primati non umani e la carezza. In particolare, abbiamo eseguito 4 studi pilota. Nello Studio 1 abbiamo valutato la velocità con cui viene eseguito lo sweeping tra scimmie Rhesus, mediante una analisi cinematica di video registrati tra un gruppo di scimmie Rhesus. Negli Studi 2 e 3 abbiamo valutato gli effetti sul sistema nervoso autonomo dello sweeping eseguito dallo sperimentatore su una scimmia Rhesus di sesso maschile in una tipica situazione sperimentale. La stimolazione tattile è stata eseguita a diverse velocità, in accordo con i risultati dello Studio 1 e degli studi umani che hanno dimostrato la velocità ottimale e non ottimale per l'attivazione delle C-LTMRs. In particolare, nello Studio 2 abbiamo misurato la frequenza cardiaca e la variabilità di questa, come indice della modulatione vagale, mentre nello Studio 3 abbiamo valutato gli effetti dello sweeping sul sistema nervoso autonomo in termini di variazioni di temperatura del corpo, nello specifico a livello del muso della scimmia. Infine, nello Studio 4 abbiamo studiato il ruolo della corteccia somatosensoriale secondaria e insulare nella codifica dello sweeping. A questo scopo abbiamo eseguito registrazioni di singoli neuroni mentre la medesima scimmia soggetto sperimentale dello Studio 2 e 3, riceveva lo sweeping a due velocità, una ottimale per l'attivazione delle C-LTMRs secondo gli studi umani e i risultati dei tre studi sopra citati, ed una non ottimale. I dati preliminari ottenuti, dimostrano che 1) (Studio 1) lo sweeping tra scimmie Rhesus viene eseguito con una velocità media di 9.31 cm/sec, all'interno dell'intervallo di attivazione delle fibre CT nell'uomo; 2) (Studio 2) lo sweeping eseguito dallo sperimentatore sulla schiena di una scimmia Rhesus di sesso maschile in una situazione sperimentale determina una diminuzione della frequenza cardiaca e l'aumento della variabilità della frequenza cardiaca se eseguito alla velocità di 5 e 10 cm/sec. Al contrario, lo sweeping eseguito ad una velocità minore di 1 cm/sec o maggiore di 10 cm/sec, determina l'aumento della frequenza cardiaca e la diminuzione della variabilità di questa, quindi il decremento dell'attivazione del sistema nervoso parasimpatico; 3) (Studio 3) lo sweeping eseguito dallo sperimentatore sulla schiena di una scimmia Rhesus di sesso maschile in una situazione sperimentale determina l'aumento della temperatura corporea a livello del muso della scimmia se eseguito alla velocità di 5-10 cm/sec. Al contrario, lo sweeping eseguito ad una velocità minore di 5 cm/sec o maggiore di 10 cm/sec, determina la diminuzione della temperatura del muso; 4) (Studio 4) la corteccia somatosensoriale secondaria e la corteccia insulare posteriore presentano neuroni selettivamente modulati durante lo sweeping eseguito ad una velocità di 5-13 cm/sec ma non neuroni selettivi per la codifica della velocità dello sweeping minore di 5 cm/sec. Questi risultati supportano l'ipotesi di Dunbar relativa al coinvolgimento delle fibre CT durante lo sweeping. Infatti i dati mettono in luce che lo sweeping viene eseguito con una velocità (9.31 cm/sec), simile a quella di attivazione delle fibre CT nell'uomo (1-10 cm/sec), determina gli stessi effetti fisiologici positivi in termini di frequenza cardiaca (diminuzione) e variabilità della frequenza cardiaca (incremento) e la modulazione delle medesime aree a livello del sistema nervoso centrale (in particolare la corteccia insulare). Inoltre, abbiamo dimostrato per la prima volta che suddetta stimolazione tattile determina l'aumento della temperatura del muso della scimmia. Il presente studio rappresenta la prima prova indiretta dell'ipotesi relativa alla modulazione del sistema delle fibre C-LTMRs durante lo sweeping e quindi della codifica della stimolazione tattile piacevole affiliativa a livello del sistema nervoso centrale ed autonomo, nei primati non umani. I dati preliminari qui presentati evidenziano la somiglianza tra il sistema delle fibre CT dell'uomo e del sistema C-LTMRs nei primati non umano, riguardanti il Social Touch. Nonostante ciò abbiamo riscontrato alcune discrepanze tra i risultati da noi ottenuti e quelli invece ottenuti dagli studi umani. La velocità media dello sweeping è di 9.31 cm / sec, rasente il limite superiore dell’intervallo di velocità che attiva le fibre CT nell'uomo. Inoltre, gli effetti autonomici positivi, in termini di battito cardiaco, variabilità della frequenza cardiaca e temperatura a livello del muso, sono stati evidenziati durante lo sweeping eseguito con una velocità di 5 e 10 cm/sec, quindi al limite superiore dell’intervallo ottimale che attiva le fibre CT nell’uomo. Al contrario, lo sweeping eseguito con una velocità inferiore a 5 cm/sec e superiore a 10 cm/sec determina effetti fisiologici negativo. Infine, la corteccia insula sembra essere selettivamente modulata dallo stimolazione eseguita alla velocità di 5-13 cm/sec, ma non 1-5 cm/sec. Quindi, gli studi sul sistema delle fibre CT nell’uomo hanno dimostrato che la velocità ottimale è 1-10 cm/sec, mentre dai nostri risultati la velocità ottimale sembra essere 5-13 cm / sec. Quindi, nonostante l'omologia tra il sistema delle fibre CT nell'umano deputato alla codifica del tocco piacevole affiliativo ed il sistema delle fibre C-LTMRs nei primati non umani, ulteriori studi saranno necessari per definire con maggiore precisione la velocità ottimale di attivazione delle fibre C-LTMR e per dimostrare direttamente la loro attivazione durante lo sweeping, mediante la misurazione diretta della loro modulazione. Studi in questa direzione potranno confermare l'omologia tra lo sweeping in qualità di tocco affiliativo piacevole tra i primati non umani e la carezza tra gli uomini. Infine, il presente studio potrebbe essere un importante punto di partenza per esplorare il meccanismo evolutivo dietro la trasformazione dello sweeping tra primati non umani, azione utilitaria eseguita durante il grooming, a carezza, gesto puramente affiliativo tra gli uomini.

(Table 1) Characteristics of breeding male Adélie penguins (Pygoscelis adeliae) treated with varying degrees of corticosterone, Adélie land, Antarctica

Breeding individuals enter an emergency life-history stage when their body reserves reach a minimum threshold. Consequently, they redirect current activity toward survival, leading to egg abandonment in birds. Corticosterone (CORT) is known to promote this stage. How and to what extent CORT triggers egg abandonment when breeding is associated with prolonged fasting, however, requires further investigation. We manipulated free-living male Adelie penguins with CORT-pellets before their laying period. We then examined their behavioral response with respect to nest abandonment in parallel with their prolactin levels (regulating parental care), and the subsequent effects of treatment on breeding success in relieved birds. Exogenous CORT triggered nest abandonment in 60% of the treated penguins -14 days after treatment and induced a concomitant decline in prolactin levels. Interestingly, prolactin levels in treated penguins that did not abandon their nest were higher at the point of implantation and also after being relieved by females, when compared with abandoning penguins. Among successful birds, the treatment did not affect the number of chicks, nor the brood mass. Our results show the involvement of CORT in the decision-making process regarding egg abandonment in Adelie penguins when incubation is associated with a natural long fast. However, we suggest that CORT alone is not sufficient to trigger nest abandonment but that 1) prolactin levels need to reach a low threshold value, and 2) a rise in proteolysis (i.e. utilization of protein as main energy substrate) seems also to be required.

Modulation of neuronal network activity in the primary motor cortex

In the present study I investigated the mechanisms of modulation of neuronal network activity in rat primary motor cortex using pharmacological manipulations employing the in vitro brain slice technique. Preparation of the brain slice in sucrose-based aCSF produced slices with low viability. Introducing the neuroprotectants N-acetyl-cysteine, taurine and aminoguanidine to the preparatory method saw viability of slices increase significantly. Co-application of low dose kainic acid and carbachol consistently generated beta oscillatory activity in M1. Analyses indicated that network activity in M1 relied on the involvement of GABAA receptors. Dose-response experiments performed in M1 showed that beta activity can be modulated by benzodiazepine site ligands. Low doses of positive allosteric modulators consistently desynchronised beta oscillatory activity, a mechanism that may be driven by a1-subunit containing GABAA receptors. Higher doses increased the power of beta oscillatory activity. Whole-cell recordings in M1 uncovered three interneuronal subtypes regularly encountered in M1; Fast-spiking, regular-spiking non-Pyramidal and low threshold spiking. With the paradoxical effects of positive allosteric modulators in mind, subsequent voltage-clamp recordings in FS cells revealed a constitutively active tonic inhibitory current that could be modulated by zolpidem in two different ways. Low dose zolpidem increased the tonic inhibitory current in FS cells, consistent with the desynchronisation of network oscillatory activity seen at this concentration. High dose zolpidem decreased the inhibitory tonic current seen in FS cells, coinciding with an increase in oscillatory power. These studies indicate a fundamental role for a tonic inhibitory current in the modulation of network activity. Furthermore, desynchronisation of beta activity in M1 decreased as viability of the in vitro brain slice increased, suggesting that the extent of desynchronisation is dependent upon the pathophysiological state of the network. This indicates that low dose zolpidem could be used as a therapeutic agent specifically for the desynchronisation of pathological oscillations in oscillopathies such as Parkinson’s disease.

Pabively Q-switched erbium-doped fiber laser using Fe3O4-nanoparticle saturable absorber

We experimentally demonstrate pabively Q-switched erbium-doped fiber laser (EDFL) operation using a saturable absorber (SA) based on Fe3O4 nanoparticles (FONPs). As a type of transition metal oxide, the FONPs have a large nonlinear optical response and fast response time. The FONPbased SA pobebes a modulation depth of 8.2% and nonsaturable absorption of 56.6%. Stable pabively Q-switched EDFL pulses with an output pulse energy of 23.76 nJ, a repetition rate of 33.3 kHz, and a pulse width of 3.2 μs were achieved when the input pump power was 110mW. The laser features a low threshold pump power of > 15mW.

Thalamic modulation of the cortisal slow oscillation

Il est bien établi que le thalamus joue un rôle crucial dans la génération de l’oscillation lente synchrone dans le cortex pendant le sommeil lent. La puissance des ondes lente / delta (0.2-4 Hz) est un indicateur quantifiable de la qualité du sommeil. La contribution des différents noyaux thalamiques dans la génération de l’activité à ondes lentes et dans sa synchronisation n’est pas connue. Nous émettons l’hypothèse que les noyaux thalamiques de premier ordre (spécifiques) influencent localement l’activité à ondes lentes dans les zones corticales primaires, tandis que les noyaux thalamiques d’ordre supérieur (non spécifiques) synchronisent globalement les activités à ondes lentes à travers de larges régions corticales. Nous avons analysé les potentiels de champ locaux et les activités de décharges de différentes régions corticales et thalamiques de souris anesthésiées alors qu’un noyau thalamique était inactivé par du muscimol, un agoniste des récepteurs GABA. Les enregistrements extracellulaires multi-unitaires dans les noyaux thalamiques de premier ordre (VPM) et d’ordre supérieur (CL) montrent des activités de décharges considérablement diminuées et les décharges par bouffées de potentiels d’action sont fortement réduites après inactivation. Nous concluons que l’injection de muscimol réduit fortement les activités de décharges et ne potentialise pas la génération de bouffées de potentiel d’action à seuil bas. L’inactivation des noyaux thalamiques spécifiques avec du muscimol a diminué la puissance lente / delta dans la zone corticale primaire correspondante. L’inactivation d’un noyau non spécifique avec le muscimol a significativement réduit la puissance delta dans l’ensemble du cortex étudié. Nos expériences démontrent que le thalamus a un rôle crucial dans la génération de l’oscillation lente corticale.

Non-acute Transient Reversible Adrenal Insufficiency in a Survivor of Critical Illness: A Lesser-known Cause of Primary Adrenal Insufficiency

Objectives: Primary adrenal insufficiency AI is regarded as a progressive disease needing lifelong replacement therapy, but this may not always be the case. Material and methods: A non-acute presentation of AI following a hypotensive episode caused by blood loss was investigated. Results: Adrenal function fully recovered without treatment. Conclusions: There should be a high index of suspicion and a low threshold for performing tests of adrenal function in survivors of critical illness and severe hypotensive episodes.

Theory and optimisation of 1.3 and 1.55 μm (Al)InGaAs metamorphic quantum well lasers

The use of InGaAs metamorphic buffer layers (MBLs) to facilitate the growth of lattice-mismatched heterostructures constitutes an attractive approach to developing long-wavelength semiconductor lasers on GaAs substrates, since they offer the improved carrier and optical confinement associated with GaAs-based materials. We present a theoretical study of GaAs-based 1.3 and 1.55 μm (Al)InGaAs quantum well (QW) lasers grown on InGaAs MBLs. We demonstrate that optimised 1.3 μm metamorphic devices offer low threshold current densities and high differential gain, which compare favourably with InP-based devices. Overall, our analysis highlights and quantifies the potential of metamorphic QWs for the development of GaAs-based long-wavelength semiconductor lasers, and also provides guidelines for the design of optimised devices.

Search for new physics in the μμ+e/μ+E̸T channel with a low-pT lepton threshold at the Collider Detector at Fermilab

A search for new physics using three-lepton (trilepton) data collected with the CDF II detector and corresponding to an integrated luminosity of 976 pb-1 is presented. The standard model predicts a low rate of trilepton events, which makes some supersymmetric processes, such as chargino-neutralino production, measurable in this channel. The mu+mu+l signature is investigated, where l is an electron or a muon, with the additional requirement of large missing transverse energy. In this analysis, the lepton transverse momenta with respect to the beam direction (pT) are as low as 5 GeV/c, a selection that improves the sensitivity to particles which are light as well as to ones which result in leptonically decaying tau leptons. At the same time, this low-p_T selection presents additional challenges due to the non-negligible heavy-quark background at low lepton momenta. This background is measured with an innovative technique using experimental data. Several dimuon and trilepton control regions are investigated, and good agreement between experimental results and standard-model predictions is observed. In the signal region, we observe one three-muon event and expect 0.4+/-0.1 mu+mu+l events

An Ultra Low Power Non-volatile Memory in Standard CMOS Process for Passive RFID Tags

An ultra low power non-volatile memory is designed in a standard CMOS process for passive RFID tags. The memory can operate in a new low power operating scheme under a wide supply voltage and clock frequency range. In the charge pump circuit the threshold voltage effect of the switch transistor is almost eliminated and the pumping efficiency of the circuit is improved. An ultra low power 192-bit memory with a register array is implemented in a 0.18 mu M standard CMOS process. The measured results indicate that, for the supply voltage of 1.2 volts and the clock frequency of 780KHz, the current consumption of the memory is 1.8 mu A (3.6 mu A) at the read (write) rate of 1.3Mb/s (0.8Kb/s).

Low heat and high efficiency Nd:GdVO4 laser pumped by 913 nm

A Nd:GdVO4 crystal is pumped directly into its emitting level at 913 nm for the first time to the best of our knowledge. 3.35 W output laser emitting at 1063 nm is achieved in a 1.1 at.% Nd-doped Nd:GdVO4. The crystal absorbs pumping light of 4.30 W at 913 nm and produces a very low quantity of heat with the opto-optic conversion efficiency of 77.2%. The average slope efficiency is 81.2% from 0.21 W, at the threshold, to 4.30 W of absorbed pump power. Because of the very weakly thermal effect, the near-diffraction-limit beam is easily obtained with beam quality factor of M-2 approximate to 1.1.