Mécanismes psychophysiques et neuronaux de la compensation dynamique de multiples champs de force : facilitation et anticipation liée à des indices de couleur

Dans cette thèse, nous abordons le contrôle moteur du mouvement du coude à travers deux approches expérimentales : une première étude psychophysique a été effectuée chez les sujets humains, et une seconde implique des enregistrements neurophysiologiques chez le singe. Nous avons recensé plusieurs aspects non résolus jusqu’à présent dans l’apprentissage moteur, particulièrement concernant l’interférence survenant lors de l’adaptation à deux ou plusieurs champs de force anti-corrélés. Nous avons conçu un paradigme où des stimuli de couleur aident les sujets à prédire la nature du champ de force externe actuel avant qu’ils ne l’expérimentent physiquement durant des mouvements d’atteinte. Ces connaissances contextuelles faciliteraient l’adaptation à des champs de forces en diminuant l’interférence. Selon le modèle computationnel de l’apprentissage moteur MOSAIC (MOdular Selection And Identification model for Control), les stimuli de couleur aident les sujets à former « un modèle interne » de chaque champ de forces, à s’en rappeler et à faire la transition entre deux champs de force différents, sans interférence. Dans l’expérience psychophysique, quatre groupes de sujets humains ont exécuté des mouvements de flexion/extension du coude contre deux champs de forces. Chaque force visqueuse était associée à une couleur de l’écran de l’ordinateur et les deux forces étaient anti-corrélées : une force résistante (Vr) a été associée à la couleur rouge de l’écran et l’autre, assistante (Va), à la couleur verte de l’écran. Les deux premiers groupes de sujets étaient des groupes témoins : la couleur de l’écran changeait à chaque bloc de 4 essais, tandis que le champ de force ne changeait pas. Les sujets du groupe témoin Va ne rencontraient que la force assistante Va et les sujets du groupe témoin Vr performaient leurs mouvements uniquement contre une force résistante Vr. Ainsi, dans ces deux groupes témoins, les stimuli de couleur n’étaient pas pertinents pour adapter le mouvement et les sujets ne s’adaptaient qu’à une seule force (Va ou Vr). Dans les deux groupes expérimentaux, cependant, les sujets expérimentaient deux champs de forces différents dans les différents blocs d’essais (4 par bloc), associés à ces couleurs. Dans le premier groupe expérimental (groupe « indice certain », IC), la relation entre le champ de force et le stimulus (couleur de l’écran) était constante. La couleur rouge signalait toujours la force Vr tandis que la force Va était signalée par la couleur verte. L’adaptation aux deux forces anti-corrélées pour le groupe IC s’est avérée significative au cours des 10 jours d’entraînement et leurs mouvements étaient presque aussi bien ajustés que ceux des deux groupes témoins qui n’avaient expérimenté qu’une seule des deux forces. De plus, les sujets du groupe IC ont rapidement démontré des changements adaptatifs prédictifs dans leurs sorties motrices à chaque changement de couleur de l’écran, et ceci même durant leur première journée d’entraînement. Ceci démontre qu’ils pouvaient utiliser les stimuli de couleur afin de se rappeler de la commande motrice adéquate. Dans le deuxième groupe expérimental, la couleur de l’écran changeait régulièrement de vert à rouge à chaque transition de blocs d’essais, mais le changement des champs de forces était randomisé par rapport aux changements de couleur (groupe « indice-incertain », II). Ces sujets ont pris plus de temps à s’adapter aux champs de forces que les 3 autres groupes et ne pouvaient pas utiliser les stimuli de couleurs, qui n’étaient pas fiables puisque non systématiquement reliés aux champs de forces, pour faire des changements prédictifs dans leurs sorties motrices. Toutefois, tous les sujets de ce groupe ont développé une stratégie ingénieuse leur permettant d’émettre une réponse motrice « par défaut » afin de palper ou de sentir le type de la force qu’ils allaient rencontrer dans le premier essai de chaque bloc, à chaque changement de couleur. En effet, ils utilisaient la rétroaction proprioceptive liée à la nature du champ de force afin de prédire la sortie motrice appropriée pour les essais qui suivent, jusqu’au prochain changement de couleur d’écran qui signifiait la possibilité de changement de force. Cette stratégie était efficace puisque la force demeurait la même dans chaque bloc, pendant lequel la couleur de l’écran restait inchangée. Cette étude a démontré que les sujets du groupe II étaient capables d’utiliser les stimuli de couleur pour extraire des informations implicites et explicites nécessaires à la réalisation des mouvements, et qu’ils pouvaient utiliser ces informations pour diminuer l’interférence lors de l’adaptation aux forces anti-corrélées. Les résultats de cette première étude nous ont encouragés à étudier les mécanismes permettant aux sujets de se rappeler d’habiletés motrices multiples jumelées à des stimuli contextuels de couleur. Dans le cadre de notre deuxième étude, nos expériences ont été effectuées au niveau neuronal chez le singe. Notre but était alors d’élucider à quel point les neurones du cortex moteur primaire (M1) peuvent contribuer à la compensation d’un large éventail de différentes forces externes durant un mouvement de flexion/extension du coude. Par cette étude, nous avons testé l’hypothèse liée au modèle MOSAIC, selon laquelle il existe plusieurs modules contrôleurs dans le cervelet qui peuvent prédire chaque contexte et produire un signal de sortie motrice approprié pour un nombre restreint de conditions. Selon ce modèle, les neurones de M1 recevraient des entrées de la part de plusieurs contrôleurs cérébelleux spécialisés et montreraient ensuite une modulation appropriée de la réponse pour une large variété de conditions. Nous avons entraîné deux singes à adapter leurs mouvements de flexion/extension du coude dans le cadre de 5 champs de force différents : un champ nul ne présentant aucune perturbation, deux forces visqueuses anti-corrélées (assistante et résistante) qui dépendaient de la vitesse du mouvement et qui ressemblaient à celles utilisées dans notre étude psychophysique chez l’homme, une force élastique résistante qui dépendait de la position de l’articulation du coude et, finalement, un champ viscoélastique comportant une sommation linéaire de la force élastique et de la force visqueuse. Chaque champ de force était couplé à une couleur d’écran de l’ordinateur, donc nous avions un total de 5 couleurs différentes associées chacune à un champ de force (relation fixe). Les singes étaient bien adaptés aux 5 conditions de champs de forces et utilisaient les stimuli contextuels de couleur pour se rappeler de la sortie motrice appropriée au contexte de forces associé à chaque couleur, prédisant ainsi leur sortie motrice avant de sentir les effets du champ de force. Les enregistrements d’EMG ont permis d’éliminer la possibilité de co-contractions sous-tendant ces adaptations, étant donné que le patron des EMG était approprié pour compenser chaque condition de champ de force. En parallèle, les neurones de M1 ont montré des changements systématiques dans leurs activités, sur le plan unitaire et populationnel, dans chaque condition de champ de force, signalant les changements requis dans la direction, l’amplitude et le décours temporel de la sortie de force musculaire nécessaire pour compenser les 5 conditions de champs de force. Les changements dans le patron de réponse pour chaque champ de force étaient assez cohérents entre les divers neurones de M1, ce qui suggère que la plupart des neurones de M1 contribuent à la compensation de toutes les conditions de champs de force, conformément aux prédictions du modèle MOSAIC. Aussi, cette modulation de l’activité neuronale ne supporte pas l’hypothèse d’une organisation fortement modulaire de M1.

Mécanismes psychophysiques et neuronaux de la compensation dynamique de multiples champs de force : facilitation et anticipation liée à des indices de couleur

Dans cette thèse, nous abordons le contrôle moteur du mouvement du coude à travers deux approches expérimentales : une première étude psychophysique a été effectuée chez les sujets humains, et une seconde implique des enregistrements neurophysiologiques chez le singe. Nous avons recensé plusieurs aspects non résolus jusqu’à présent dans l’apprentissage moteur, particulièrement concernant l’interférence survenant lors de l’adaptation à deux ou plusieurs champs de force anti-corrélés. Nous avons conçu un paradigme où des stimuli de couleur aident les sujets à prédire la nature du champ de force externe actuel avant qu’ils ne l’expérimentent physiquement durant des mouvements d’atteinte. Ces connaissances contextuelles faciliteraient l’adaptation à des champs de forces en diminuant l’interférence. Selon le modèle computationnel de l’apprentissage moteur MOSAIC (MOdular Selection And Identification model for Control), les stimuli de couleur aident les sujets à former « un modèle interne » de chaque champ de forces, à s’en rappeler et à faire la transition entre deux champs de force différents, sans interférence. Dans l’expérience psychophysique, quatre groupes de sujets humains ont exécuté des mouvements de flexion/extension du coude contre deux champs de forces. Chaque force visqueuse était associée à une couleur de l’écran de l’ordinateur et les deux forces étaient anti-corrélées : une force résistante (Vr) a été associée à la couleur rouge de l’écran et l’autre, assistante (Va), à la couleur verte de l’écran. Les deux premiers groupes de sujets étaient des groupes témoins : la couleur de l’écran changeait à chaque bloc de 4 essais, tandis que le champ de force ne changeait pas. Les sujets du groupe témoin Va ne rencontraient que la force assistante Va et les sujets du groupe témoin Vr performaient leurs mouvements uniquement contre une force résistante Vr. Ainsi, dans ces deux groupes témoins, les stimuli de couleur n’étaient pas pertinents pour adapter le mouvement et les sujets ne s’adaptaient qu’à une seule force (Va ou Vr). Dans les deux groupes expérimentaux, cependant, les sujets expérimentaient deux champs de forces différents dans les différents blocs d’essais (4 par bloc), associés à ces couleurs. Dans le premier groupe expérimental (groupe « indice certain », IC), la relation entre le champ de force et le stimulus (couleur de l’écran) était constante. La couleur rouge signalait toujours la force Vr tandis que la force Va était signalée par la couleur verte. L’adaptation aux deux forces anti-corrélées pour le groupe IC s’est avérée significative au cours des 10 jours d’entraînement et leurs mouvements étaient presque aussi bien ajustés que ceux des deux groupes témoins qui n’avaient expérimenté qu’une seule des deux forces. De plus, les sujets du groupe IC ont rapidement démontré des changements adaptatifs prédictifs dans leurs sorties motrices à chaque changement de couleur de l’écran, et ceci même durant leur première journée d’entraînement. Ceci démontre qu’ils pouvaient utiliser les stimuli de couleur afin de se rappeler de la commande motrice adéquate. Dans le deuxième groupe expérimental, la couleur de l’écran changeait régulièrement de vert à rouge à chaque transition de blocs d’essais, mais le changement des champs de forces était randomisé par rapport aux changements de couleur (groupe « indice-incertain », II). Ces sujets ont pris plus de temps à s’adapter aux champs de forces que les 3 autres groupes et ne pouvaient pas utiliser les stimuli de couleurs, qui n’étaient pas fiables puisque non systématiquement reliés aux champs de forces, pour faire des changements prédictifs dans leurs sorties motrices. Toutefois, tous les sujets de ce groupe ont développé une stratégie ingénieuse leur permettant d’émettre une réponse motrice « par défaut » afin de palper ou de sentir le type de la force qu’ils allaient rencontrer dans le premier essai de chaque bloc, à chaque changement de couleur. En effet, ils utilisaient la rétroaction proprioceptive liée à la nature du champ de force afin de prédire la sortie motrice appropriée pour les essais qui suivent, jusqu’au prochain changement de couleur d’écran qui signifiait la possibilité de changement de force. Cette stratégie était efficace puisque la force demeurait la même dans chaque bloc, pendant lequel la couleur de l’écran restait inchangée. Cette étude a démontré que les sujets du groupe II étaient capables d’utiliser les stimuli de couleur pour extraire des informations implicites et explicites nécessaires à la réalisation des mouvements, et qu’ils pouvaient utiliser ces informations pour diminuer l’interférence lors de l’adaptation aux forces anti-corrélées. Les résultats de cette première étude nous ont encouragés à étudier les mécanismes permettant aux sujets de se rappeler d’habiletés motrices multiples jumelées à des stimuli contextuels de couleur. Dans le cadre de notre deuxième étude, nos expériences ont été effectuées au niveau neuronal chez le singe. Notre but était alors d’élucider à quel point les neurones du cortex moteur primaire (M1) peuvent contribuer à la compensation d’un large éventail de différentes forces externes durant un mouvement de flexion/extension du coude. Par cette étude, nous avons testé l’hypothèse liée au modèle MOSAIC, selon laquelle il existe plusieurs modules contrôleurs dans le cervelet qui peuvent prédire chaque contexte et produire un signal de sortie motrice approprié pour un nombre restreint de conditions. Selon ce modèle, les neurones de M1 recevraient des entrées de la part de plusieurs contrôleurs cérébelleux spécialisés et montreraient ensuite une modulation appropriée de la réponse pour une large variété de conditions. Nous avons entraîné deux singes à adapter leurs mouvements de flexion/extension du coude dans le cadre de 5 champs de force différents : un champ nul ne présentant aucune perturbation, deux forces visqueuses anti-corrélées (assistante et résistante) qui dépendaient de la vitesse du mouvement et qui ressemblaient à celles utilisées dans notre étude psychophysique chez l’homme, une force élastique résistante qui dépendait de la position de l’articulation du coude et, finalement, un champ viscoélastique comportant une sommation linéaire de la force élastique et de la force visqueuse. Chaque champ de force était couplé à une couleur d’écran de l’ordinateur, donc nous avions un total de 5 couleurs différentes associées chacune à un champ de force (relation fixe). Les singes étaient bien adaptés aux 5 conditions de champs de forces et utilisaient les stimuli contextuels de couleur pour se rappeler de la sortie motrice appropriée au contexte de forces associé à chaque couleur, prédisant ainsi leur sortie motrice avant de sentir les effets du champ de force. Les enregistrements d’EMG ont permis d’éliminer la possibilité de co-contractions sous-tendant ces adaptations, étant donné que le patron des EMG était approprié pour compenser chaque condition de champ de force. En parallèle, les neurones de M1 ont montré des changements systématiques dans leurs activités, sur le plan unitaire et populationnel, dans chaque condition de champ de force, signalant les changements requis dans la direction, l’amplitude et le décours temporel de la sortie de force musculaire nécessaire pour compenser les 5 conditions de champs de force. Les changements dans le patron de réponse pour chaque champ de force étaient assez cohérents entre les divers neurones de M1, ce qui suggère que la plupart des neurones de M1 contribuent à la compensation de toutes les conditions de champs de force, conformément aux prédictions du modèle MOSAIC. Aussi, cette modulation de l’activité neuronale ne supporte pas l’hypothèse d’une organisation fortement modulaire de M1.

Étude électrophysiologique de l’impact de la couleur dans le déploiement attentionnel

L’influence de la couleur dans les mécanismes perceptuels et attentionnels a été étudiée. Quatre couleurs (le rouge, le vert, le bleu et le jaune) ont été calibrées individuellement à travers la technique heterochromatic flicker photometry. Suivant cela, les participants ont déployé leur attention à une cible (un cercle de couleur avec une ligne orientée). Les données électrophysiologiques ont été enregistrées pendant que les sujets performaient la tâche de recherche visuelle, et les analyses ont été basées sur les potentiels évoqués (PÉs). Trois composantes des PÉs ont été examinées : la posterior contralateral positivity (Ppc); la N2pc, reflétant le déploiement de l’attention visuo-spatiale et la temporal and contralateral positivity (Ptc). Des conditions dans lesquelles la cible était bleu ou rouge, lorsque comparées à des conditions avec une cible jaune ou verte suscitaient une N2pc plus précoce. Une amplitude plus élevée est aussi observée pour les cibles rouges pour les composantes Ppc et Ptc, reflétant une sélectivité pré-attentionelle. Ces résultats suggèrent de la prudence dans l’interprétation de données comparant des cibles de différentes couleurs dans des tâches de PÉs, et ce même lorsque les couleurs sont équiluminantes.

Simulated cataract and low contrast stimuli impair cognitive performance in older adults : implications for neuropsychological assessment and everyday function

Objective: To investigate how age-related declines in vision (particularly contrast sensitivity), simulated using cataract-goggles and low-contrast stimuli, influence the accuracy and speed of cognitive test performance in older adults. An additional aim was to investigate whether declines in vision differentially affect secondary more than primary memory. Method: Using a fully within-subjects design, 50 older drivers aged 66-87 years completed two tests of cognitive performance - letter matching (perceptual speed) and symbol recall (short-term memory) - under different viewing conditions that degraded visual input (low-contrast stimuli, cataract-goggles, and low-contrast stimuli combined with cataract-goggles, compared with normal viewing). However, presentation time was also manipulated for letter matching. Visual function, as measured using standard charts, was taken into account in statistical analyses. Results: Accuracy and speed for cognitive tasks were significantly impaired when visual input was degraded. Furthermore, cognitive performance was positively associated with contrast sensitivity. Presentation time did not influence cognitive performance, and visual gradation did not differentially influence primary and secondary memory. Conclusion: Age-related declines in visual function can impact on the accuracy and speed of cognitive performance, and therefore the cognitive abilities of older adults may be underestimated in neuropsychological testing. It is thus critical that visual function be assessed prior to testing, and that stimuli be adapted to older adults' sensory capabilities (e.g., by maximising stimuli contrast).

Early signaling responses to divergent exercise stimuli in skeletal muscle from well-trained humans

Skeletal muscle from strength- and endurance-trained individuals represents diverse adaptive states. In this regard, AMPK-PGC-1α signaling mediates several adaptations to endurance training, while up-regulation of the Akt-TSC2-mTOR pathway may underlie increased protein synthesis after resistance exercise. We determined the effect of prior training history on signaling responses in seven strength-trained and six endurance-trained males who undertook 1 h cycling at 70% VO2peak or eight sets of five maximal repetitions of isokinetic leg extensions. Muscle biopsies were taken at rest, immediately and 3 h postexercise. AMPK phosphorylation increased after cycling in strength-trained (54%; P<0.05) but not endurance-trained subjects. Conversely, AMPK was elevated after resistance exercise in endurance- (114%; P<0.05), but not strengthtrained subjects. Akt phosphorylation increased in endurance- (50%; P<0.05), but not strengthtrained subjects after cycling but was unchanged in either group after resistance exercise. TSC2 phosphorylation was decreased (47%; P<0.05) in endurance-trained subjects following resistance exercise, but cycling had little effect on the phosphorylation state of this protein in either group. p70S6K phosphorylation increased in endurance- (118%; P<0.05), but not strength-trained subjects after resistance exercise, but was similar to rest in both groups after cycling. Similarly, phosphorylation of S6 protein, a substrate for p70 S6K, was increased immediately following resistance exercise in endurance- (129%; P<0.05), but not strength-trained subjects. In conclusion, a degree of “response plasticity” is conserved at opposite ends of the endurancehypertrophic adaptation continuum. Moreover, prior training attenuates the exercise specific signaling responses involved in single mode adaptations to training.

Repeated intrauterine exposures to inflammatory stimuli attenuated transforming growth factor-β signaling in the ovine fetal lung

Background: Bronchopulmonary dysplasia (BPD) is one of the most common complications after preterm birth and is associated with intrauterine exposure to bacteria. Transforming growth factor-β (TGFβ) is implicated in the development of BPD. Objectives: We hypothesized that different and/or multiple bacterial signals could elicit divergent TGFβ signaling responses in the developing lung. Methods: Time-mated pregnant Merino ewes received an intra-amniotic injection of lipopolysaccharide (LPS) and/or Ureaplasma parvum serovar 3 (UP) at 117 days' and/or 121/122 days' gestational age (GA). Controls received an equivalent injection of saline and or media. Lambs were euthanized at 124 days' GA (term = 150 days' GA). TGFβ1, TGFβ2, TGFβ3, TGFβ receptor (R)1 and TGFβR2 protein levels, Smad2 phosphorylation and elastin deposition were evaluated in lung tissue. Results: Total TGFβ1 and TGFβ2 decreased by 24 and 51% after combined UP+LPS exposure, whereas total TGFβ1 increased by 31% after 7 days' LPS exposure but not after double exposures. Alveolar expression of TGFβR2 decreased 75% after UP, but remained unaltered after double exposures. Decreased focal elastin deposition after single LPS exposure was prevented by double exposures. Conclusions: TGFβ signaling components and elastin responded differently to intrauterine LPS and UP exposure. Multiple bacterial exposures attenuated TGFβ signaling and normalized elastin deposition.

NESSTI : norms for environmental sound stimuli

In this paper we provide normative data along multiple cognitive and affective variable dimensions for a set of 110 sounds, including living and manmade stimuli. Environmental sounds are being increasingly utilized as stimuli in the cognitive, neuropsychological and neuroimaging fields, yet there is no comprehensive set of normative information for these type of stimuli available for use across these experimental domains. Experiment 1 collected data from 162 participants in an on-line questionnaire, which included measures of identification and categorization as well as cognitive and affective variables. A subsequent experiment collected response times to these sounds. Sounds were normalized to the same length (1 second) in order to maximize usage across multiple paradigms and experimental fields. These sounds can be freely downloaded for use, and all response data have also been made available in order that researchers can choose one or many of the cognitive and affective dimensions along which they would like to control their stimuli. Our hope is that the availability of such information will assist researchers in the fields of cognitive and clinical psychology and the neuroimaging community in choosing well-controlled environmental sound stimuli, and allow comparison across multiple studies.

Influences of luminance and accommodation stimuli on pupil size and pupil center location

PURPOSE. To investigate effects of luminance and accommodation stimuli on pupil size and pupil center location and their implications for progressive addition lens wear. METHODS. Participants were young and older adult groups (n=20, 22±2 years, age range 18-25 years; n=19, 49±4 years, 45-58 years). A wave aberrometer included a relay system to allow a 12.5°x11° background for the internal fixation target. Participants viewed the target under a matrix of conditions with luminance levels 0.01, 3.7, 120 and 6100 cd/m² and with accommodation stimuli up to 6 diopters in 2 diopter steps. Pupil sizes and their centers, relative to limbus centers, were determined from anterior eye images. RESULTS. With luminance increase, reduction in pupil size was accentuated by increase in accommodation stimulus in the young, but not in the older, group. As luminance increased, pupil center location altered. This was nasally in both groups with an average shift of approximately 0.12mm. Relative to the lowest stimulus condition, the mean of the maximum absolute pupil center shifts was 0.26±0.08mm for both groups with individual shifts up to 0.5mm, findings consistent with previous studies. There was no significant effect of accommodation on pupil center locations for either age group, or evidence that location was influenced by the combination of luminance and accommodation stimulus that resulted in any particular pupil size. CONCLUSIONS. Variations in luminance and accommodation influence pupil size, but only the former affects pupil center location significantly. Pupil center shifts are too small to be of concern in fitting progressive addition lenses.

The short-term accommodation response to aniso-accommodative stimuli in isometropia

Purpose There have been only a limited number of studies examining the accommodative response that occurs when the two eyes are provided with disparate accommodative stimuli, and the results from these studies to date have been equivocal. In this study, we therefore aimed to examine the capacity of the visual system to aniso-accommodate by objectively measuring the interocular difference in the accommodation response between fellow dominant and non-dominant eyes under controlled monocular and binocular viewing conditions during short-term exposure to aniso-accommodative stimuli. Methods The accommodative response of each eye of sixteen young isometropic adults (mean age 22 ± 2 years) with normal binocular vision was measured using an open-field autorefractor during a range of testing conditions; monocularly (accommodative demands ranging from 1.32 to 4.55 D) and binocularly while altering the accommodation demand for each eye (aniso-accommodative stimuli ranging from 0.24 to 2.05 D). Results Under monocular viewing conditions, the dominant and non-dominant eyes displayed a highly symmetric accommodative response; mean interocular difference in spherical equivalent 0.01 ± 0.06 D (relative) and 0.22 ± 0.06 D (absolute) (p>0.05). During binocular viewing, the dominant eye displayed a greater accommodative response (0.11 ± 0.34 D relative and 0.24 ± 0.26 D absolute) irrespective of whether the demand of the dominant or non-dominant eye was altered (p = 0.01). Astigmatic power vectors J0 and J45 did not vary between eyes or with increasing accommodation demands under monocular or binocular viewing conditions (p>0.05). Conclusion The dominant and non-dominant eyes of young isometropic individuals display a similar consensual lag of accommodation under both monocular and binocular viewing conditions, with the dominant eye showing a small but significantly greater (by 0.12 to 0.25 D) accommodative response. Evidence of short-term aniso-accommodation in response to asymmetric accommodation demands was not observed.

Photochemical design of stimuli-responsive nanoparticles prepared by supramolecular host–guest chemistry

We introduce the design of a thermoresponsive nanoparticle via sacrificial micelle formation based on supramolecular host–guest chemistry. Reversible addition–fragmentation chain transfer (RAFT) polymerization was employed to synthesize well-defined polymer blocks of poly(N,N-dimethylacrylamide) (poly(DMAAm)) (Mn,SEC = 10 700 g mol–1, Đ = 1.3) and poly(N-isopropylacrylamide) (poly(NiPAAm)) (Mn,SEC = 39 700 g mol–1, Đ = 1.2), carrying supramolecular recognition units at the chain termini. Further, 2-methoxy-6-methylbenzaldehyde moieties (photoenols, PE) were statistically incorporated into the backbone of the poly(NiPAAm) block as photoactive cross-linking units. Host–guest interactions of adamantane (Ada) (at the terminus of the poly(NiPAAm/PE) chain) and β-cyclodextrin (CD) (attached to the poly(DMAAm chain end) result in a supramolecular diblock copolymer. In aqueous solution, the diblock copolymer undergoes micellization when heated above the lower critical solution temperature (LCST) of the thermoresponsive poly(NiPAAm/PE) chain, forming the core of the micelle. Via the addition of a 4-arm maleimide cross-linker and irradiation with UV light, the micelle is cross-linked in its core via the photoinduced Diels–Alder reaction of maleimide and PE units. The adamantyl–cyclodextrin linkage is subsequently cleaved by the destruction of the β-CD, affording narrowly distributed thermoresponsive nanoparticles with a trigger temperature close to 30 °C. Polymer chain analysis was performed via size exclusion chromatography (SEC), nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy, and dynamic light scattering (DLS). The size and thermoresponsive behavior of the micelles and nanoparticles were investigated via DLS as well as atomic force microscopy (AFM).

Investigating online reading with eye tracking and EEG : The influence of text format, reading task and parafoveal stimuli on reading processes

Research on reading has been successful in revealing how attention guides eye movements when people read single sentences or text paragraphs in simplified and strictly controlled experimental conditions. However, less is known about reading processes in more naturalistic and applied settings, such as reading Web pages. This thesis investigates online reading processes by recording participants eye movements. The thesis consists of four experimental studies that examine how location of stimuli presented outside the currently fixated region (Study I and III), text format (Study II), animation and abrupt onset of online advertisements (Study III), and phase of an online information search task (Study IV) affect written language processing. Furthermore, the studies investigate how the goal of the reading task affects attention allocation during reading by comparing reading for comprehension with free browsing, and by varying the difficulty of an information search task. The results show that text format affects the reading process, that is, vertical text (word/line) is read at a slower rate than a standard horizontal text, and the mean fixation durations are longer for vertical text than for horizontal text. Furthermore, animated online ads and abrupt ad onsets capture online readers attention and direct their gaze toward the ads, and distract the reading process. Compared to a reading-for-comprehension task, online ads are attended to more in a free browsing task. Moreover, in both tasks abrupt ad onsets result in rather immediate fixations toward the ads. This effect is enhanced when the ad is presented in the proximity of the text being read. In addition, the reading processes vary when Web users proceed in online information search tasks, for example when they are searching for a specific keyword, looking for an answer to a question, or trying to find a subjectively most interesting topic. A scanning type of behavior is typical at the beginning of the tasks, after which participants tend to switch to a more careful reading state before finishing the tasks in the states referred to as decision states. Furthermore, the results also provided evidence that left-to-right readers extract more parafoveal information to the right of the fixated word than to the left, suggesting that learning biases attentional orienting towards the reading direction.

Intermittent electrical stimuli for guidance of human mesenchymal stem cell lineage commitment towards neural-like cells on electroconductive substrates

In the context of the role of multiple physical factors in dictating stem cell fate, the present paper demonstrates the effectiveness of the intermittently delivered external electric field stimulation towards switching the stem cell fate to specific lineage, when cultured in the absence of biochemical growth factors. In particular, our findings present the ability of human mesenchymal stem cells (hMSCs) to respond to the electric stimuli by adopting extended neural-like morphology on conducting polymeric substrates. Polyaniline (PANI) is selected as the model system to demonstrate this effect, as the electrical conductivity of the polymeric substrates can be systematically tailored over a broad range (10(-9) to 10 S/cm) from highly insulating to conducting by doping with varying concentrations (10(-5) to 1 M) of HCl. On the basis of the culture protocol involving the systematic delivery of intermittent electric field (dc) stimulation, the parametric window of substrate conductivity and electric field strength was established to promote significant morphological extensions, with minimal cellular damage. A time dependent morphological change in hMSCs with significant filopodial elongation was observed after 7 days of electrically stimulated culture. Concomitant with morphological changes, a commensurate increase in the expression of neural lineage commitment markers such as nestin and PI tubulin was recorded from hMSCs grown on highly conducting substrates, as revealed from the mRNA expression analysis using Reverse Transcriptase Polymerase Chain Reaction (RT-PCR) as well as by immune-fluorescence imaging. Therefore, the present work establishes the key role of intermittent and systematic delivery of electric stimuli as guidance cues in promoting neural-like differentiation of hMSCs, when grown on electroconductive substrates. (C) 2014 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Charge Transfer Induces Formation of Stimuli-Responsive, Chiral, Cohesive Vesicles-on-a-String that Eventually Turn into a Hydrogel

A charge transfer (CT) mediated two-component, multistimuli responsive supergelation involving a L-histidine-appended pyrenyl derivative (PyHisOMe) as a donor and an asymmetric bolaamphiphilic naphthalene-diimide (Asym-NDI) derivative as an acceptor in a 2: 1 mixture of H2O/MeOH was investigated. Asym-NDI alone self-assembled into pH-responsive vesicular nanostructures in water. Excellent selectivity in CT gel formation was achieved in terms of choosing amino acid appended pyrenyl donor scaffolds. Circular di-chroism and morphological studies suggested formation of chiral, interconnected vesicular assemblies resembling ``pearls-on-a-string'' from these CT mixed stacks. XRD studies revealed the formation of monolayer lipid membranes from these CT mixed stacks that eventually led to the formation of individual vesicles. Strong cohesive forces among the interconnected vesicles originate from the protrusion of the oxyethylene chains from the surfaces of the chiral vesicles.