Fetal heart rate spectral analysis in raw signals and PRSA-derived curve: normal and pathological fetuses discrimination

Cardiotocography (CTG) is the most common technique for electronic fetal monitoring and consists of the simultaneous recording of fetal heart rate (FHR) and uterine contractions. In analogy with the adult case, spectral analysis of the FHR signal can be used to assess the functionality of the autonomic nervous system. To do so, several methods can be employed, each of which has its strengths and limitations. This paper aims at performing a methodological investigation on FHR spectral analysis adopting 4 different spectrum estimators and a novel PRSA-based spectral method. The performances have been evaluated in terms of the ability of the various methods to detect changes in the FHR in two common pregnancy complications: intrauterine growth restriction (IUGR) and gestational diabetes. A balanced dataset containing 2178 recordings distributed between the 32nd and 38th week of gestation was used. The results show that the spectral method derived from the PRSA better differentiates high-risk pregnancies vs. controls compared to the others. Specifically, it more robustly detects an increase in power percentage within the movement frequency band and a decrease in high frequency between pregnancies at high risk in comparison to those at low risk

Influence of Moderate Hyperbilirubinemia on Cardiorespiratory Control in Preterm Lambs

Hyperbilirubinemia (HB) is responsible for neonatal jaundice in 60% of term newborns and 90% of preterm infants. Neonatal HB can induce neurological damage (acute HB encephalopathy) and has been associated with persistent apneas. The objective of the present study was to investigate the immediate and delayed effects of moderate, clinically-relevant HB on cardiorespiratory control in preterm lambs. Two groups of five preterm lambs, namely control and HB, were studied. At day five of life, moderate HB (150–250 μmol/L) was induced and maintained during 17 h in the HB group while control lambs received a placebo solution. Six hours after HB onset, 7-h polysomnographic recordings with electrocardiogram (ECG) and respiratory (RESP) signals were performed to assess the immediate effects of HB on heart rate variability (HRV), respiratory rate variability (RRV), and cardiorespiratory interrelations. Identical recordings were repeated 72 h after HB induction to examine the delayed effects of HB on HRV, RRV and cardiorespiratory interrelations. Our results demonstrate a higher HRV and vagal activity immediately after induction of moderate HB. Meanwhile, a decrease in respiratory rate with an increase in both long- and short-term RRV was also noted, as well as a higher amplitude of the respiratory sinus arrhythmia and cardiorespiratory coupling. Seventy-two hours later, the alterations in HRV, RRV, and cardiorespiratory interrelations were attenuated, although a number of them were still present, suggesting a lasting influence of HB on the basal control of the cardiorespiratory system. Our results pave the way for studies in human preterms to assess the relevance of monitoring HRV, RRV, and cardiorespiratory interrelations to detect the acute neurological effects of HB and consequently adapt the treatment of neonatal jaundice

Uso de espetrogramas para o estudo do Sistema Nervoso Autónomo

O Sistema Nervoso Autónomo (SNA) é responsável pela regulação de órgãos internos e é por meio dele que é feita a manutenção da homeostase. Inúmeras doenças como a diabetes, a hipertensão arterial, a doença pulmonar obstrutiva crónica, e diversas doenças cardiovasculares derivam do mau funcionamento do SNA, de modo que a sua compreensão seria fundamental para o tratamento das mesmas. O objetivo desta dissertação é perceber o comportamento do SNA, e em particular, a interação das suas subdivisões, o Sistema Nervoso Simpático (SNS) e o Sistema Nervoso Parassimpático (SNP) perante três momentos de estímulo indutor de stress: O Cold Pressor Test (CPT), o Teste Stroop de cores e palavras (TSCP) e uma Tarefa de Cálculo (TCM). Em particular, pretende comprovar que existe no SNA um comportamento de Dessincronia/Sincronia, relacionada com eventos, à semelhança do que sucede para o Sistema Nervoso Central. Para cumprir esses objetivos, recolheram-se sinais eletrocardiográficos (ECG) e de Atividade Eletrodérmica (EDA), a 28 indivíduos saudáveis e voluntários. Analisaram-se sinais de Variabilidade da Frequência Cardíaca, por métodos lineares e não-lineares e fez-se uma análise em tempo-frequência através da construção de espectrogramas, e sinais de EDA, através da sua decomposição em componente tónica e fásica. Concluiu-se que o SNA apresenta situações de Dessincronização Relacionada a Eventos, correspondente a uma diminuição da potência da banda HF durante um estímulo, e situações de Sincronização Relacionada a Eventos correspondente ao aumento dessa potência depois do estímulo

Psicofisiologia do testemunho ocular

Doutoramento em PsicologiaAs testemunhas oculares são muitas vezes o único meio que temos para aceder à autoria de um crime. Contudo, apesar dos 100 anos de evidência de erros no testemunho ocular, a consciência das suas limitações como meio de prova só ganhou força no advento do ADN. De facto os estudos de exoneração mostraram que 70 % das ilibações estavam associadas a erros de testemunho ocular. Estes erros têm um impacto social elevado principalmente os falsos positivos, por colocar inocentes na prisão. De acordo com a literatura, deverão ser utilizadas novas abordagens para tentar reduzir o numero de erros de identificação. Destas abordagens, destacam-se a análise dos padrões de movimentos oculares e os potenciais evocados. Nos nossos estudos utilizamos essas novas abordagens com o objetivo de examinar os padrões de acerto ou de identificação do criminoso, usando um paradigma de deteção de sinal. No que diz respeito aos movimentos oculares, não foram encontrados padrões robustos de acerto. No entanto, obtiveram-se evidências oculométricas de que a fusão de dois procedimentos (Alinhamento Simultâneo depois de um Alinhamento Sequencial com Regra de Paragem) aumenta a probabilidade de acerto. Em relação aos potenciais evocados, a P100 registou maior amplitude quando identificamos um inocente. Este efeito é concomitante com uma hiperactivação no córtex prefrontal ventromedial (CPFVM) identificada na análise de estimação de fontes. Esta hiperativação poderá estar relacionada com uma exacerbação emocional da informação proveniente da amígdala. A literatura relaciona a hiperativação no CPFVM com as falsas memorias, e estes resultados sugerem que a P100 poderá ser um promissor indicador de falsos positivos. Os resultados da N170 não nos permitem associar este componente ao acerto na identificação. Relativamente à P300, os resultados mostram uma maior amplitude deste componente quando identificamos corretamente um alvo, mas não diferiu significativamente de quando identificamos um inocente. Porém, a estimação de fontes mostrou que nessa janela temporal (300-600 ms) se verifica uma hipoativação dos Campos Oculares Frontais (COF) quando um distrator é identificado. Baixas ativações dos COF estão relacionadas com redução da eficiência de processamento e com a incapacidade para detetar alvos. Nas medidas periféricas, a eletromiografia facial mostrou que a maior ativação do corrugador e a menor ativação do zigomático são um bom indicador de quando estamos perante um criminoso. No que diz respeito ao ritmo cardíaco, a desaceleração esperada para os alvos devido à sua saliência emocional apenas foi obtida quando a visualização de um alvo foi acompanhada por um erro na identificação (i.e., um falso negativo). Neste trabalho de investigação parece que o sistema nervoso periférico está a responder corretamente, identificando o alvo, por ser emocionalmente mais saliente, enquanto que a modulação executiva efectuada pelo CPFVM conduz ao falso positivo. Os resultados obtidos são promissores e relevantes, principalmente quando o resultado de um erro poderá ser uma condenação indevida e, consequentemente, uma vida injustamente destruída.Eyewitnesses are often the only way we can access the author of a crime. However, despite 100 years of evidence of errors in eyewitness testimony, awareness of its limitations only gained strength with the advent of DNA. In fact, 70% of exonerations have been associated with eyewitness errors. These errors have a high social impact, mainly false positives. According to the literature, new approaches to try to reduce the number of identification errors should be used. Of these, the study of oculometric patterns and event-related Potentials (ERP) stand out. In our studies, these new approaches were used with the objective of examining patterns of accuracy, using a signal detection paradigm. Regarding eye movements, no entirely clear patterns were found. However, there was oculometric evidence that the merging of two procedures (Simultaneous Lineup after a Sequential Lineup with Stopping Rule) increases performance accuracy. Regarding ERPs, the P100 registered a larger amplitude when an innocent was identified. This effect is concomitant with a hyperactivation in the ventromedial prefrontal cortex (VMPFC) identified by source estimation analysis. This hyperactivation might be related to an emotional exacerbation of the information coming from the amygdala. The literature relates the hyperactivation in the VMPFC with false memories, and these results suggest that the P100 component might be a promising marker of false positive errors. The results of the N170 do not allow to associate this component with accuracy. Regarding the P300, the results showed a greater amplitude of this component when a target was correctly identified but did not differ significantly from when an innocent was identified. However, source analysis in this time window (300-600 ms) showed a hypoactivation of Frontal Eye Fields (FEF) when a distractor was identified. FEF inactivations are related to the reduction of processing efficiency and to the inability to detect a target. Concerning the peripheral measures, facial electromyography showed that the greater activation of the corrugator and the lower activation of the zygomaticus are a good marker of when we are facing a perpetrator. Regarding heart rate, the expected deceleration for the targets due to their emotional salience was only obtained when the visualization of a target was accompanied by an error in the identification (i.e., a miss). In this research it seems that the peripheral nervous system is responding correctly, identifying the target, because it is emotionally more salient, while the executive modulation carried out by the VMPFC causes the false positive error. The results presently obtained are promising and relevant, especially when the result of an error might be an undue condemnation of an innocent and consequently a destroyed life