Rôle du cortex pariétal postérieur dans le processus d'intégration visuomotrice - connexions anatomiques avec le cortex moteur et activité cellulaire lors de la locomotion chez le chat

La progression d’un individu au travers d’un environnement diversifié dépend des informations visuelles qui lui permettent d’évaluer la taille, la forme ou même la distance et le temps de contact avec les obstacles dans son chemin. Il peut ainsi planifier en avance les modifications nécessaires de son patron locomoteur afin d’éviter ou enjamber ces entraves. Ce concept est aussi applicable lorsque le sujet doit atteindre une cible, comme un prédateur tentant d’attraper sa proie en pleine course. Les structures neurales impliquées dans la genèse des modifications volontaires de mouvements locomoteurs ont été largement étudiées, mais relativement peu d’information est présentement disponible sur les processus intégrant l’information visuelle afin de planifier ces mouvements. De nombreux travaux chez le primate suggèrent que le cortex pariétal postérieur (CPP) semble jouer un rôle important dans la préparation et l’exécution de mouvements d’atteinte visuellement guidés. Dans cette thèse, nous avons investigué la proposition que le CPP participe similairement dans la planification et le contrôle de la locomotion sous guidage visuel chez le chat. Dans notre première étude, nous avons examiné l’étendue des connexions cortico-corticales entre le CPP et les aires motrices plus frontales, particulièrement le cortex moteur, à l’aide d’injections de traceurs fluorescents rétrogrades. Nous avons cartographié la surface du cortex moteur de chats anesthésiés afin d’identifier les représentations somatotopiques distales et proximales du membre antérieur dans la partie rostrale du cortex moteur, la représentation du membre antérieur située dans la partie caudale de l’aire motrice, et enfin la représentation du membre postérieur. L’injection de différents traceurs rétrogrades dans deux régions motrices sélectionnées par chat nous a permis de visualiser la densité des projections divergentes et convergentes pariétales, dirigées vers ces sites moteurs. Notre analyse a révélé une organisation topographique distincte de connexions du CPP avec toutes les régions motrices identifiées. En particulier, nous avons noté que la représentation caudale du membre antérieur reçoit majoritairement des projections du côté rostral du sillon pariétal, tandis que la partie caudale du CPP projette fortement vers la représentation rostrale du membre antérieur. Cette dernière observation est particulièrement intéressante, parce que le côté caudal du sillon pariétal reçoit de nombreux inputs visuels et sa cible principale, la région motrice rostrale, est bien connue pour être impliquée dans les fonctions motrices volontaires. Ainsi, cette étude anatomique suggère que le CPP, au travers de connexions étendues avec les différentes régions somatotopiques du cortex moteur, pourrait participer à l’élaboration d’un substrat neural idéal pour des processus tels que la coordination inter-membre, intra-membre et aussi la modulation de mouvements volontaires sous guidage visuel. Notre deuxième étude a testé l’hypothèse que le CPP participe dans la modulation et la planification de la locomotion visuellement guidée chez le chat. En nous référant à la cartographie corticale obtenue dans nos travaux anatomiques, nous avons enregistré l’activité de neurones pariétaux, situés dans les portions des aires 5a et 5b qui ont de fortes connexions avec les régions motrices impliquées dans les mouvements de la patte antérieure. Ces enregistrements ont été effectués pendant une tâche de locomotion qui requiert l’enjambement d’obstacles de différentes tailles. En dissociant la vitesse des obstacles de celle du tapis sur lequel le chat marche, notre protocole expérimental nous a aussi permit de mettre plus d’emphase sur l’importance de l’information visuelle et de la séparer de l’influx proprioceptif généré pendant la locomotion. Nos enregistrements ont révélé deux groupes de cellules pariétales activées en relation avec l’enjambement de l’obstacle: une population, principalement située dans l’aire 5a, qui décharge seulement pendant le passage du membre au dessus del’entrave (cellules spécifiques au mouvement) et une autre, surtout localisée dans l’aire 5b, qui est activée au moins un cycle de marche avant l’enjambement (cellules anticipatrices). De plus, nous avons observé que l’activité de ces groupes neuronaux, particulièrement les cellules anticipatrices, était amplifiée lorsque la vitesse des obstacles était dissociée de celle du tapis roulant, démontrant l’importance grandissante de la vision lorsque la tâche devient plus difficile. Enfin, un grand nombre des cellules activées spécifiquement pendant l’enjambement démontraient une corrélation soutenue de leur activité avec le membre controlatéral, même s’il ne menait pas dans le mouvement (cellules unilatérales). Inversement, nous avons noté que la majorité des cellules anticipatrices avaient plutôt tendance à maintenir leur décharge en phase avec l’activité musculaire du premier membre à enjamber l’obstacle, indépendamment de sa position par rapport au site d’enregistrement (cellules bilatérales). Nous suggérons que cette disparité additionnelle démontre une fonction diversifiée de l’activité du CPP. Par exemple, les cellules unilatérales pourraient moduler le mouvement du membre controlatéral au-dessus de l’obstacle, qu’il mène ou suive dans l’ordre d’enjambement, tandis que les neurones bilatéraux sembleraient plutôt spécifier le type de mouvement volontaire requis pour éviter l’entrave. Ensembles, nos observations indiquent que le CPP a le potentiel de moduler l’activité des centres moteurs au travers de réseaux corticaux étendus et contribue à différents aspects de la locomotion sous guidage visuel, notamment l’initiation et l’ajustement de mouvements volontaires des membres antérieurs, mais aussi la planification de ces actions afin d’adapter la progression de l’individu au travers d’un environnement complexe.

Cholinergic enhancement of perceptual learning : behavioral, physiological, and neuro-pharmacological study in the rat primary visual cortex

Les cortices sensoriels sont des régions cérébrales essentielles pour la perception. En particulier, le cortex visuel traite l’information visuelle en provenance de la rétine qui transite par le thalamus. Les neurones sont les unités fonctionnelles qui transforment l'information sensorielle en signaux électriques, la transfèrent vers le cortex et l'intègrent. Les neurones du cortex visuel sont spécialisés et analysent différents aspects des stimuli visuels. La force des connections entre les neurones peut être modulée par la persistance de l'activité pré-synaptique et induit une augmentation ou une diminution du signal post-synaptique à long terme. Ces modifications de la connectivité synaptique peuvent induire la réorganisation de la carte corticale, c’est à dire la représentation de ce stimulus et la puissance de son traitement cortical. Cette réorganisation est connue sous le nom de plasticité corticale. Elle est particulièrement active durant la période de développement, mais elle s’observe aussi chez l’adulte, par exemple durant l’apprentissage. Le neurotransmetteur acétylcholine (ACh) est impliqué dans de nombreuses fonctions cognitives telles que l’apprentissage ou l’attention et il est important pour la plasticité corticale. En particulier, les récepteurs nicotiniques et muscariniques du sous-type M1 et M2 sont les récepteurs cholinergiques impliqués dans l’induction de la plasticité corticale. L’objectif principal de la présente thèse est de déterminer les mécanismes de plasticité corticale induits par la stimulation du système cholinergique au niveau du télencéphale basal et de définir les effets sur l’amélioration de la perception sensorielle. Afin d’induire la plasticité corticale, j’ai jumelé des stimulations visuelles à des injections intracorticales d’agoniste cholinergique (carbachol) ou à une stimulation du télencéphale basal (neurones cholinergiques qui innervent le cortex visuel primaire). J'ai analysé les potentiels évoqués visuels (PEVs) dans le cortex visuel primaire des rats pendant 4 à 8 heures après le couplage. Afin de préciser l’action de l’ACh sur l’activité des PEVs dans V1, j’ai injecté individuellement l’antagoniste des récepteurs muscariniques, nicotiniques, α7 ou NMDA avant l’infusion de carbachol. La stimulation du système cholinergique jumelée avec une stimulation visuelle augmente l’amplitude des PEVs durant plus de 8h. Le blocage des récepteurs muscarinique, nicotinique et NMDA abolit complètement cette amélioration, tandis que l’inhibition des récepteurs α7 a induit une augmentation instantanée des PEVs. Ces résultats suggèrent que l'ACh facilite à long terme la réponse aux stimuli visuels et que cette facilitation implique les récepteurs nicotiniques, muscariniques et une interaction avec les récepteur NMDA dans le cortex visuel. Ces mécanismes sont semblables à la potentiation à long-terme, évènement physiologique lié à l’apprentissage. L’étape suivante était d’évaluer si l’effet de l’amplification cholinergique de l’entrée de l’information visuelle résultait non seulement en une modification de l’activité corticale mais aussi de la perception visuelle. J’ai donc mesuré l’amélioration de l’acuité visuelle de rats adultes éveillés exposés durant 10 minutes par jour pendant deux semaines à un stimulus visuel de type «réseau sinusoïdal» couplé à une stimulation électrique du télencéphale basal. L’acuité visuelle a été mesurée avant et après le couplage des stimulations visuelle et cholinergique à l’aide d’une tâche de discrimination visuelle. L’acuité visuelle du rat pour le stimulus d’entrainement a été augmentée après la période d’entrainement. L’augmentation de l’acuité visuelle n’a pas été observée lorsque la stimulation visuelle seule ou celle du télencéphale basal seul, ni lorsque les fibres cholinergiques ont été lésées avant la stimulation visuelle. Une augmentation à long terme de la réactivité corticale du cortex visuel primaire des neurones pyramidaux et des interneurones GABAergiques a été montrée par l’immunoréactivité au c-Fos. Ainsi, lorsque couplé à un entrainement visuel, le système cholinergique améliore les performances visuelles pour l’orientation et ce probablement par l’optimisation du processus d’attention et de plasticité corticale dans l’aire V1. Afin d’étudier les mécanismes pharmacologiques impliqués dans l’amélioration de la perception visuelle, j’ai comparé les PEVs avant et après le couplage de la stimulation visuelle/cholinergique en présence d’agonistes/antagonistes sélectifs. Les injections intracorticales des différents agents pharmacologiques pendant le couplage ont montré que les récepteurs nicotiniques et M1 muscariniques amplifient la réponse corticale tandis que les récepteurs M2 muscariniques inhibent les neurones GABAergiques induisant un effet excitateur. L’infusion d’antagoniste du GABA corrobore l’hypothèse que le système inhibiteur est essentiel pour induire la plasticité corticale. Ces résultats démontrent que l’entrainement visuel jumelé avec la stimulation cholinergique améliore la plasticité corticale et qu’elle est contrôlée par les récepteurs nicotinique et muscariniques M1 et M2. Mes résultats suggèrent que le système cholinergique est un système neuromodulateur qui peut améliorer la perception sensorielle lors d’un apprentissage perceptuel. Les mécanismes d’amélioration perceptuelle induits par l’acétylcholine sont liés aux processus d’attention, de potentialisation à long-terme et de modulation de la balance d’influx excitateur/inhibiteur. En particulier, le couplage de l’activité cholinergique avec une stimulation visuelle augmente le ratio de signal / bruit et ainsi la détection de cibles. L’augmentation de la concentration cholinergique corticale potentialise l’afférence thalamocorticale, ce qui facilite le traitement d’un nouveau stimulus et diminue la signalisation cortico-corticale minimisant ainsi la modulation latérale. Ceci est contrôlé par différents sous-types de récepteurs cholinergiques situés sur les neurones GABAergiques ou glutamatergiques des différentes couches corticales. La présente thèse montre qu’une stimulation électrique dans le télencéphale basal a un effet similaire à l’infusion d’agoniste cholinergique et qu’un couplage de stimulations visuelle et cholinergique induit la plasticité corticale. Ce jumelage répété de stimulations visuelle/cholinergique augmente la capacité de discrimination visuelle et améliore la perception. Cette amélioration est corrélée à une amplification de l’activité neuronale démontrée par immunocytochimie du c-Fos. L’immunocytochimie montre aussi une différence entre l’activité des neurones glutamatergiques et GABAergiques dans les différentes couches corticales. L’injection pharmacologique pendant la stimulation visuelle/cholinergique suggère que les récepteurs nicotiniques, muscariniques M1 peuvent amplifier la réponse excitatrice tandis que les récepteurs M2 contrôlent l’activation GABAergique. Ainsi, le système cholinergique activé au cours du processus visuel induit des mécanismes de plasticité corticale et peut ainsi améliorer la capacité perceptive. De meilleures connaissances sur ces actions ouvrent la possibilité d’accélérer la restauration des fonctions visuelles lors d’un déficit ou d’amplifier la fonction cognitive.

Cortical origin of functional recovery in the somatosensory cortex of the adult mouse after thalamic lesion

Résumé L'accident vasculaire cérébral sensoriel pur est un des syndromes lacunaires, dû à l'occlusion de petits vaisseaux cérébraux, souvent dans le cadre d'une lésion intéressant le noyau ventro-caudal du thalamus. Il produit un hémisyndrome sensitif pur, et parfois un syndrome douloureux se développe à distance de l'événement aigu. Afin d'étudier la récupération fonctionnelle dans le cortex somatosensoriel (SI) après une telle lésion dans le thalamus, un modèle de lésion excitotoxique a été développé dans le système somatosensoriel de la souris adulte, caractérisé par la présence de formations cytoarchitectoniques dans SI appelées "tonneaux". Chacun de ces tonneaux correspond à la représentation corticale d'une vibrisse du museau. L'activité métabolique a été mesurée dans SI à différents intervalles après la lésion, à l'aide de déoxyglucose marqué radioactivement. Dans les deux premiers jours suivant celle-ci, l'activité métabolique diminue de manière importante dans toutes les couches corticales, avec une atteinte plus marquée dans la couche IV, principale projection des axones thalamo-corticaux. Une récupération de l'activité métabolique se produit ensuite, d'autant plus marquée que le délai après la lésion est grand. Cette récupération s'observe dans toutes les couches coticales, les couches I et Vb récupérant plus rapidement que les couches II, III, IV, Va et VI. Cinq semaines après la lésion, l'absence des vibrisses correspondant à la partie déafférentée de SI diminue l'activité métabolique corticale de 32% et démontre l'activation par la périphérie de cette partie de l'écorce, malgré la perte des axones thalamo-corticaux provenant du noyau ventro-caudal. Des expériences de traçage rétrograde ont montré une augmentation des projections intracorticales sur la partie déafférentée de l'écorce, en particulier de longue distance, ainsi que des projections interhémisphériques, mais n'ont pas permis de mettre en évidence de nouvelle projection thalamique, indiquant une origine corticale à la récupération fonctionnelle observée. Abstract To study the degree and time course of the functional recovery in the somatosensory cortex (SI) after an excitotoxic lesion in the adult mouse thalamus, metabolic activity was determined in SI at various times points post lesion. Immediately after the lesion, metabolic activity in the thalamically deafferented part of SI was at its lowest value but increased progressively at subsequent time points. This was seen in all cortical layers, however, layers I and Vb recover more rapidly than layers II, III, IV, Va and VI. Removal of the mystacial whiskers corresponding to the deafferented area, 5 weeks after cortical recovery, produced a subsequent 32% drop in metabolic activity, demonstrating peripheral sensory activation of this part of the cortex. Tracing experiments revealed that the deafferented cortex did not receive a novel thalamic input, but cortico-cortical and contralateral barrel cortex projections to this area were reinforced. We conclude that the cortical functional recovery after a thalamic lesion is, at least partially, due to modified cortico-cortical and callosal projections to the deafferented cortical area.

Effect of levodopa on cortico-striatal and cortico-cerebellar circuits in Parkinson's disease

La maladie de Parkinson (MP) est la deuxième maladie neurodégénérative la plus commune. Les symptômes principalement observés chez les patients atteints de la MP sont la rigidité, les tremblements, la bradykinésie et une instabilité posturale. Leur sévérité est souvent asymétrique. La cause principale de ces symptômes moteurs est la dégénérescence du circuit dopaminergique nigro-striatal qui mène à un débalancement d’activité du circuit cortico-striatal. Ce débalancement de circuits est le point essentiel de cette thèse. Dans les protocoles de recherche décrits ici, des patients atteints de la MP (avant et après une dose de levodopa) et des participants contrôles sains ont effectué des mouvements auto-initiés ou en réponse à des stimulis externes pendant que l’on mesurait leur activité cérébrale en imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf). Dans cette thèse, nous abordons et mettons en évidence quatre (4) points principaux. En première partie (chapitre 2), nous présentons un recensement de la littérature sur les cicruits cortico-striataux et cortico-cérébelleux dans la MP. En utilisant des méthodes de neuroimagerie, des changements d’activité cérébrale et cérébelleuse ont été observés chez les patients atteints de la MP comparés aux participants sains. Même si les augmentations d’activité du cervelet ont souvent été attribuées à des mécanismes compensatoires, nos résultats suggèrent qu’elles sont plus probablement liées aux changements pathophysiologiques de la MP et à la perturbation du circuit cortico-cérébelleux. En général, nous suggérons (1) que le circuit cortico-cérébelleux est perturbé chez les patients atteints de la MP, et que les changements d’activité du cervelet sont liés à la pathophysiologie de la MP plutôt qu’à des mécanismes compensatoires. En deuxième partie (chapitre 3), nous discutons des effets de la levodopa sur les hausses et baisses d’activité observés chez les patients atteints de la MP, ainsi que sur l’activité du putamen pendant les mouvements d’origine interne et externe. De nombreuses études en neuroimagerie ont montré une baisse d’activité (hypo-activité) préfrontale liée à la déplétion de dopamine. En revanche, l’utilisation de tâches cognitives a montré des augmentations d’activité (hyper-activité) corticale chez les patients atteints de la MP comparés aux participants sains. Nous avons suggéré précédemment que ces hypo- et hyper-activités des régions préfrontales dépendent de l’implication du striatum. Dans cette thèse nous suggérons de plus (2) que la levodopa ne rétablit pas ces hyper-activations, mais plutôt qu’elles sont liées à la perturbation du circuit méso-cortical, et aussi possiblement associées à l’administration de médication dopaminergique à long terme. Nous montrons aussi (3) que la levodopa a un effet non-spécifique à la tâche sur l’activité du circuit cortico-striatal moteur, et qu’elle n’a pas d’effet sur l’activité du circuit cortico-striatal cognitif. Nous montrons enfin (chapitre 4) que la levodopa a un effet asymétrique sur les mouvements de la main droite et gauche. À peu près 50% des patients atteints de la MP démontrent une asymétrie des symptômes moteurs, et ceci persiste à travers la durée de la maladie. Nos résultats suggèrent (4) que la levodopa pourrait avoir un plus grand effet sur les patrons d’activations des mouvements de la main la plus affectée.

Generation of a 3D proximal femur shape from a single projection 2D radiographic image.

Summary Generalized Procrustes analysis and thin plate splines were employed to create an average 3D shape template of the proximal femur that was warped to the size and shape of a single 2D radiographic image of a subject. Mean absolute depth errors are comparable with previous approaches utilising multiple 2D input projections. Introduction Several approaches have been adopted to derive volumetric density (g cm-3) from a conventional 2D representation of areal bone mineral density (BMD, g cm-2). Such approaches have generally aimed at deriving an average depth across the areal projection rather than creating a formal 3D shape of the bone. Methods Generalized Procrustes analysis and thin plate splines were employed to create an average 3D shape template of the proximal femur that was subsequently warped to suit the size and shape of a single 2D radiographic image of a subject. CT scans of excised human femora, 18 and 24 scanned at pixel resolutions of 1.08 mm and 0.674 mm, respectively, were equally split into training (created 3D shape template) and test cohorts. Results The mean absolute depth errors of 3.4 mm and 1.73 mm, respectively, for the two CT pixel sizes are comparable with previous approaches based upon multiple 2D input projections. Conclusions This technique has the potential to derive volumetric density from BMD and to facilitate 3D finite element analysis for prediction of the mechanical integrity of the proximal femur. It may further be applied to other anatomical bone sites such as the distal radius and lumbar spine.

Generic decoupled image-based visual servoing for cameras obeying the unified projection model

In this paper a generic decoupled imaged-based control scheme for calibrated cameras obeying the unified projection model is proposed. The proposed decoupled scheme is based on the surface of object projections onto the unit sphere. Such features are invariant to rotational motions. This allows the control of translational motion independently from the rotational motion. Finally, the proposed results are validated with experiments using a classical perspective camera as well as a fisheye camera mounted on a 6 dofs robot platform.

Decoupled image-based visual servoing for cameras obeying the unified projection model

This paper proposes a generic decoupled imagebased control scheme for cameras obeying the unified projection model. The scheme is based on the spherical projection model. Invariants to rotational motion are computed from this projection and used to control the translational degrees of freedom. Importantly we form invariants which decrease the sensitivity of the interaction matrix to object depth variation. Finally, the proposed results are validated with experiments using a classical perspective camera as well as a fisheye camera mounted on a 6-DOF robotic platform.

Cognitive load and mental rotation : structuring orthographic projection for learning and problem solving

Cognitive load theory was used to generate a series of three experiments to investigate the effects of various worked example formats on learning orthographic projection. Experiments 1 and 2 investigated the benefits of presenting problems, conventional worked examples incorporating the final 2-D and 3-D representations only, and modified worked examples with several intermediate stages of rotation between the 2-D and 3-D representations. Modified worked examples proved superior to conventional worked examples without intermediate stages while conventional worked examples were, in turn, superior to problems. Experiment 3 investigated the consequences of varying the number and location of intermediate stages in the rotation trajectory and found three stages to be superior to one. A single intermediate stage was superior when nearer the 2-D than the 3-D end of the trajectory. It was concluded that (a) orthographic projection is learned best using worked examples with several intermediate stages and that (b) a linear relation between angle of rotation and problem difficulty did not hold for orthographic projection material. Cognitive load theory could be used to suggest the ideal location of the intermediate stages.

Principles for use of ball projection machines in elite and developmental sport programmes

Use of ball projection machines in the acquisition of interceptive skill has recently been questioned. The use of projection machines in developmental and elite fast ball sports programmes is not a trivial issue, since they play a crucial role in reducing injury incidence in players and coaches. A compelling challenge for sports science is to provide theoretical principles to guide how and when projection machines might be used for acquisition of ball skills and preparation for competition in developmental and elite sport performance programmes. Here, we propose how principles from an ecological dynamics theoretical framework could be adopted by sports scientists, pedagogues and coaches to underpin the design of interventions, practice and training tasks, including the use of hybrid video-projection technologies. The assessment of representative learning design during practice may provide ways to optimize developmental programmes in fast ball sports and inform the principled use of ball projection machines.

A Krylov-based finite state projection algorithm for solving the chemical master equation arising in the discrete modelling of biological systems

Biochemical reactions underlying genetic regulation are often modelled as a continuous-time, discrete-state, Markov process, and the evolution of the associated probability density is described by the so-called chemical master equation (CME). However the CME is typically difficult to solve, since the state-space involved can be very large or even countably infinite. Recently a finite state projection method (FSP) that truncates the state-space was suggested and shown to be effective in an example of a model of the Pap-pili epigenetic switch. However in this example, both the model and the final time at which the solution was computed, were relatively small. Presented here is a Krylov FSP algorithm based on a combination of state-space truncation and inexact matrix-vector product routines. This allows larger-scale models to be studied and solutions for larger final times to be computed in a realistic execution time. Additionally the new method computes the solution at intermediate times at virtually no extra cost, since it is derived from Krylov-type methods for computing matrix exponentials. For the purpose of comparison the new algorithm is applied to the model of the Pap-pili epigenetic switch, where the original FSP was first demonstrated. Also the method is applied to a more sophisticated model of regulated transcription. Numerical results indicate that the new approach is significantly faster and extendable to larger biological models.

A pre-treatment verification tool for IMRT based on EPID measurements and a GEANT4 back projection application

The aim of this work is to develop software that is capable of back projecting primary fluence images obtained from EPID measurements through phantom and patient geometries in order to calculate 3D dose distributions. In the first instance, we aim to develop a tool for pretreatment verification in IMRT. In our approach, a Geant4 application is used to back project primary fluence values from each EPID pixel towards the source. Each beam is considered to be polyenergetic, with a spectrum obtained from Monte Carlo calculations for the LINAC in question. At each step of the ray tracing process, the energy differential fluence is corrected for attenuation and beam divergence. Subsequently, the TERMA is calculated and accumulated to an energy differential 3D TERMA distribution. This distribution is then convolved with monoenergetic point spread kernels, thus generating energy differential 3D dose distributions. The resulting dose distributions are accumulated to yield the total dose distribution, which can then be used for pre-treatment verification of IMRT plans. Preliminary results were obtained for a test EPID image comprised of 100 9 100 pixels of unity fluence. Back projection of this field into a 30 cm9 30 cm 9 30 cm water phantom was performed, with TERMA distributions obtained in approximately 10 min (running on a single core of a 3 GHz processor). Point spread kernels for monoenergetic photons in water were calculated using a separate Geant4 application. Following convolution and summation, the resulting 3D dose distribution produced familiar build-up and penumbral features. In order to validate the dose model we will use EPID images recorded without any attenuating material in the beam for a number of MLC defined square fields. The dose distributions in water will be calculated and compared to TPS predictions.

Advantages of exploiting projection structure for segmenting dense 3D point clouds

Timely and comprehensive scene segmentation is often a critical step for many high level mobile robotic tasks. This paper examines a projected area based neighbourhood lookup approach with the motivation towards faster unsupervised segmentation of dense 3D point clouds. The proposed algorithm exploits the projection geometry of a depth camera to find nearest neighbours which is time independent of the input data size. Points near depth discontinuations are also detected to reinforce object boundaries in the clustering process. The search method presented is evaluated using both indoor and outdoor dense depth images and demonstrates significant improvements in speed and precision compared to the commonly used Fast library for approximate nearest neighbour (FLANN) [Muja and Lowe, 2009].

Using digital projection to evoke aesthetic ideas in performance

This practice-led research project investigated the use of digital projection as a compositional tool in live performance. The project was carried out through the creation of a new Australian theatre work called Genesis that poetically integrated digital projection and live performance. The investigation produced a framework for creating powerful theatrical sequences where the themes and ideas of the show were embedded inside particular performance gestures prompting an expanded aesthetic perception of the content.

Mice behaviorally selected for high Pavlovian fear memory exhibit fear generalization, HPA-axis alterations and increased basal activity in cortico-limbic circuits

Biological factors underlying individual variability in fearfulness and anxiety have important implications for stress-related psychiatric illness including PTSD and major depression. Using an advanced intercross line (AIL) derived from C57BL/6 and DBA/2J mouse strains and behavioral selection over 3 generations, we established two lines exhibiting High or Low fear behavior after fear conditioning. Across the selection generations, the two lines showed clear differences in training and tests for contextual and conditioned fear. Before fear conditioning training, there were no differences between lines in baseline freezing to a novel context. However, after fear conditioning High line mice demonstrated pronounced freezing in a new context suggestive of poor context discrimination. Fear generalization was not restricted to contextual fear. High fear mice froze to a novel acoustic stimulus while freezing in the Low line did not increase over baseline. Enhanced fear learning and generalization are consistent with transgenic and pharmacological disruption of the hypothalamic-pituitary-adrenal axis (HPA-axis) (Brinks, 2009, Thompson, 2004, Kaouane, 2012). To determine whether there were differences in HPA-axis regulation between the lines, morning urine samples were collected to measure basal corticosterone. Levels of secreted corticosterone in the circadian trough were analyzed by corticosterone ELISA. High fear mice were found to have higher basal corticosterone levels than low line animals. Examination of hormonal stress response components by qPCR revealed increased expression of CRH mRNA and decreased mRNA for MR and CRHR1 in hypothalamus of high fear mice. These alterations may contribute to both the behavioral phenotype and higher basal corticosterone in High fear mice. To determine basal brain activity in vivo in High and Low fear mice we used manganese-enhanced magnetic resonance imaging (MEMRI). Analysis revealed a pattern of basal brain activity made up of amygdala, cortical and hippocampal circuits that was elevated in the High line. Ongoing studies also seek to determine the relative balance of excitatory and inhibitory tone in the amygdala and hippocampus and the neuronal structure of its neurons. While these heterogeneous lines are selected on fear memory expression, HPA-axis alterations and differences in hippocampal activity segregate with the behavioral phenotypes. These differences are detectable in a basal state strongly suggesting these are biological traits underlying the behavioral phenotype (Johnson et al, 2011).