Characterizing spatiotemporal properties of visual motion in the human middle temporal cortex at 7T

Tese de mestrado integrado em Engenharia Biomédica e Biofísica, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, em 2018O ser humano é diariamente exposto a situações onde é necessária a deteção de movimento. Esta capacidade de deteção da velocidade e direção de um objeto em movimento é considerada vital para a perceção, reação e adaptação a todos os eventos dinâmicos com que nos deparamos no meio ambiente próximo. O middle temporal cortex (hMT+) é conhecido como a região central de processamento e deteção de eventos visuais em movimento, cuja velocidade pode ser descrita como resultado de propriedades inerentes: frequência espacial e temporal. Estudos prévios apresentam resultados conflituosos no que diz respeito ao mecanismo de codificação e resposta a estímulos visuais em movimento. Em primatas foi observada uma predominância de neurónios do MT+ cuja resposta apresenta preferência para combinações específicas de frequências espaciais e temporais. Ou seja, a resposta para estímulos visuais no MT+ é dependente das propriedades da velocidade e não da velocidade em si. Contudo, outros estudos em humanos demonstram exatamente o contrário: a existência de uma resposta preferencial para certos valores de velocidade independentemente das frequências espaciotemporais usadas para gerar tal velocidade. Este projeto tem como objetivo a caracterização da resposta neuronal a estímulos com diferentes frequências espaciotemporais no hMT+ por uso de uma técnica não invasiva, utilizando ressonância magnética funcional de modo a avaliar padrões de ativação BOLD (Blood-oxygen-level dependent). Pretende-se inferir se a resposta das populações neuronais depende da velocidade do estímulo em questão ou das suas componentes (frequência temporal e espacial). As aquisições de resposta BOLD foram feitas num scanner 7 Tesla a voluntários sem patologias durante uma tarefa específica perante um estímulo visual. Este estímulo consistia num alvo subdividido em porções pretas e brancas bem distintas que se expande a partir de um ponto central durante 1 segundo. O estímulo foi repetido em seis scans, cada scan apresentando combinações diferentes de frequências espaciotemporais. O estímulo foi criado via script de MATLAB e é apresentado ao voluntário através da sua reflexão num ecrã espelhado presente junto da porção posterior do voluntário. O primeiro dos seis scans obtido durante a aquisição de scans de ressonância magnética funcional é designado de localizer devido à sua utilização na localização funcional do hMT+ de uma maneira independente e não regressiva. Assim, ao realizar o pré-processamento nestes primeiros scans localizer é possível obter clusters de ativação que representarão a área de estudo dos restantes cinco scans adquiridos. Nos restantes cinco scans de ressonância magnética funcional foram apresentados estímulos com três velocidades diferentes (3 graus/segundo, 9 graus/segundo e 15 graus/segundo), sendo que duas destas velocidades estão codificadas por duas combinações diferentes de frequências espaciais e temporais: 3 graus/segundo é codificado utilizando 1 grau/ciclo e 3 Hz e 3 graus/ciclo e 1 Hz; 15 graus/segundo é codificado utilizando tanto 3 graus/ciclo e 5 Hz como 5 graus/ciclo e 3 Hz. Desta forma, após o pré-processamento da data adquirida e a extração da resposta hemodinâmica e a análise do sinal BOLD podem-se tecer conclusões relativamente ao perfil seguido pelo hMT+. Inicialmente, após extração da resposta hemodinâmica, a média da amplitude da mesma sobre todos os clusters de ativação identificados pelo scan localizer foi calculada e comparada entre os vários scans com diferentes características spaciotemporais. Contudo, não foi conclusivo quer a teoria de um perfil no hMT+ baseado na seleção de frequências espaciotemporais, nem um perfil baseado na seleção de velocidades do estímulo. Contudo, foi possível verificar a existência de certas variações entre as várias respostas hemodinâmicas de cada scan dentro das regiões de interesse criadas pelos localizers. Devido à natureza do projeto (o estudo é efetuado num scanner de 7T com a aplicação de uma coil de superfície capaz de trazer grande resolução espacial e rácio signal-to-noise elevado) foi-nos possível partir para uma análise da amplitude máxima da resposta hemodinâmica em cada voluntário dentro das regiões de interesse (clusters). Ao comparar os máximos da resposta hemodinâmica para cada run foram identificadas diferenças significativas na resposta hemodinâmica entre runs cuja velocidade do seu estímulo visual em movimento é a mesma, simplesmente codificada com combinações diferentes de frequência espacial e temporal. Ou seja, entre os 10 hemisférios cerebrais presentes no estudo (cada scan pode ser dividido por hemisfério, perfazendo os 10 hemisférios mencionados) foi possível observar uma diferença significativa de atividade entre as mesmas velocidades codificadas com frequências diferentes, em pelo menos 7 (na velocidade 3 graus/segundo) e 5 (na velocidade 15 graus/segundo). Esta diferença de resposta em hemisférios expostos à mesma velocidade de estímulos visuais, ainda que insuficiente para uma conclusão acerca do perfil de codificação presente no hMT+, aponta para uma codificação em torno das componentes da velocidade (frequência espacial e temporal). Isto significaria que o córtex temporal médio apresenta preferência para processar estímulos com certas frequências espaciotemporais. Com o intuito de investigar o modo como esta preferência por determinadas frequências espaciais e temporais estaria disposta no hMT+ uma análise de voxel por voxel foi de seguida efetuada. Cada voxel presente nos clusters de atividade identificados pelo scan localizer foi classificado conforme o estímulo visual apresentado que resultaria numa diferença maior de atividade (maior amplitude na resposta hemodinâmica). Após representação dos clusters de atividade em superfícies inflacionadas representativas do córtex individual do voluntario foi possível tecer considerações acerca da presença de um mapa geral para a preferência de frequências espaciais e temporais especificas dentro do hMT+. Deste modo foi-nos possível identificar uma organização espacial dentro do hMT+ com possibilidade de separação do mesmo em subáreas previamente sugeridas noutros estudos mesentéricos do córtex visual: MT (área médio temporal) e MST (área superior temporal). Estes resultados vão contra as conclusões retiradas de estudos prévios em torno do hMT+ com uso de ressonância magnética funcional: Chawla et al e Lingnau et al. Contudo, no caso de Chawla et al, as diferentes conclusões podem ser justificadas pela natureza dos estímulos utilizados durante o seu estudo (pontos em movimento aleatório). Este tipo de estímulos é conhecido por não permitir selecionar a frequência espacial nas várias velocidades demonstradas nos estímulos, eliminando a possibilidade de fazer conclusões quanto ao perfil de codificação baseado em frequência do hMT+. No caso de Lingnau et al. o paradigma para adaptação foi baseado em estímulos de pouco contraste o que leva a que outras populações neuronais tenham sido incitadas ao invés das propostas (hMT+). Contudo, os resultados apresentados vão de encontro a estudos feitos por Gaglianese, A. com electrocorticografia em pacientes. O que torna este estudo uma extensão dos resultados prévios obtidos em electrocorticografia, mas utilizando agora um método não invasivo (fMRI) numa população saudável. No entanto, mesmo após resultados promissores, o projeto encontra ainda uma panóplia de desafios que têm prioridade em ser corrigidos de modo a tornar os resultados mais robustos e melhores. Em primeiro lugar a seleção das regiões de interesse onde a analise do estudo se baseou pode ser de futuro efetuada de maneira menos restrita e com a ajuda de atlas anatómicos. Isto poderia permitir a utilização dos voxeis que foram selecionados de modo a obter esquemas de distribuição de clusters de ativação sobre o córtex humano motor mais completos. Para além disso o tempo dispensado no pre-processamento poderia ser estandardizado pelo uso de funções automáticas no que diz respeito à remoção de artefactos fisiológicos. No que diz respeito à direção do projeto para um futuro próximo: devido aos resultados demonstrados neste relatório de tese de mestrado, existem fortes possibilidades de efetuar estudos completos no sentido a obter clusters suficientemente definidos, que possibilitam a separação do córtex temporal médio em duas subdivisões que podem estar relacionadas com funcionamentos específicos e especificidade no que diz respeito a padrões de codificação de estímulos: MT e MST. Esta divisão poderá permitir tecer novas conclusões no que diz respeito à importância do hMT+ no que diz respeito a casos em que o V1 (córtex visual primário) se encontra danificado, mas a codificação de movimento ainda é efetuada (blindsight).Motion detection comes to humans as an important component in our daily life. Knowing the direction and speed of a moving object helps in understanding, reacting, and adapting to sudden dynamic events in our environment. Among other regions, the middle temporal cortex hMT+ in the human brain is the core region involved in the detection and processing of moving stimuli. The speed of a moving object depends on the ratio of the change in position in between time samples, or, the spatial and temporal frequencies of a moving object. Therefore, motion can be encoded by speed per se or by separate and independent tuning of the specific different spatial and temporal frequencies components. A recent study using ECoG in humans and complex visual stimuli using square wave gratings at different spatial and temporal frequencies has proven that specific recorded hMT+ neuronal populations exhibited separable selectivity for spatial and temporal frequencies rather than speed tuning. However, due to specific confined localization of the ECoG grid it remains elusive whether this selectivity comprises a spatial organization within the hMT+. Thanks to the advent of new neuroimaging techniques such as ultra-high field MRI at 7T it is now possible to visualize in unprecedent detail the human brain in vivo (0.8mm). Compared to commonly used field strengths, 7T allows for a gain in sensitivity and signal-to-noise, allowing to map for the first time non-invasively, the mesoscopic architecture of brain regions and measuring non-invasively neuronal responses via BOLD. The aim of this project is to characterize the neural response to stimuli with different temporal and spatial frequencies in the hMT+ in a non-invasive method with the use of 7T fMRI via evaluation of patterns of blood-oxygen-level dependent imaging activation. We investigated whether the response preferences of the neural populations present in the human middle temporal cortex depend on the stimulus speed or to the independent spatial and temporal frequency components. The 7 Tesla blood-oxygen-level dependent functional magnetic resonance imaging responses were collected from healthy human volunteers on a Philips 7 Tesla scanner using advanced channels and techniques such as two 16-channel surface coils and gradient echo-planar imaging sequence. This was done during a specific task that consists on a visual stimulus (a high-contrast black-and-white dartboard) that’s expanded from the fixation point for one second, presented in six scans (one used to localize the activity region – hence designated localizer – and the remaining five to study said activity), while having a baseline of a homogeneous grey background. Each run consisted on different spatial and temporal frequencies of the dartboard that have been previously used in the mentioned ECoG study. After computation of the BOLD signal using a deconvolution approach, the results showed that the human middle temporal cortex separates motion into its spatial and temporal components rather than decoding speed directly. Moreover, clusters of activity for specific combinations of spatial and temporal frequencies suggest a spatial organization within the human middle temporal cortex

Certificação sísmica das construções e perigosidade sísmica em Portugal

A análise dos efeitos dos sismos nas construções permite evidenciar, novamente, que as estruturas construídas de acordo com as modernas regulamentações para o dimensionamento sísmico de estruturas se comportam bem, sendo naquelas que não obedecem a estas regulamentações que se verificam os maiores danos e que originam um grande número de mortes. A necessidade de garantir que todas as novas estruturas, ou aquelas que vierem a ser reabilitadas ou reconstruídas, cumpram as prescrições previstas na regulamentação para as dotar de bom comportamento sísmico deve, assim, constituir uma preocupação essencial das sociedades que habitam zonas em que exista um significativo risco sísmico, como é caso de Portugal. Neste contexto, a Sociedade Portuguesa de Engenharia Sísmica (SPES) tem ao longo dos últimos anos vindo a desenvolver campanhas para sensibilizar os poderes políticos para a necessidade de certificar as construções existentes. Nesse sentido a SPES está a desenvolver metodologias para brevemente apresentar uma proposta para a certificação do comportamento sísmico das construções onde serão identificados os procedimentos que devem ser adotados para a certificação dos edifícios existentes. Acrescente-se, ainda, uma outra preocupação da SPES, relacionada com os diferentes mapas de perigosidade sísmica para Portugal continental que têm resultado de vários projetos nacionais e internacionais, e que traduzem níveis de perigosidade sísmica muito diferentes para algumas regiões do território português, particularmente para o sul de Portugal. A SPES, espelhando a inquietude existente na comunidade científica, considerou urgente e promoveu a realização de um estudo criterioso acerca das opções tomadas, nos diferentes estudos, de forma a tentar perceber os fatores que mais contribuíram para as diferenças evidenciadas.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

An experimental rat model of ex vivo lung perfusion for the assessment of lungs after prostacyclin administration: inhaled versus parenteral routes

OBJETIVO: Apresentar um modelo experimental de administração de prostaglandina I2 (PGI2) por via inalatória vs. parenteral e avaliar o desempenho funcional dos pulmões em um sistema de perfusão pulmonar ex vivo. MÉTODOS: Quarenta ratos Wistar foram anestesiados, ventilados, submetidos a laparotomia com ressecção do esterno e anticoagulados. O tronco da artéria pulmonar foi canulado. Todos os animais foram submetidos a ventilação mecânica. Os animais foram randomizados em quatro grupos (10 ratos/grupo): salina nebulizada (SN); salina parenteral (SP); PGI2 nebulizada (PGI2N); e PGI2 parenteral (PGI2P). A dose de PGI2 nos grupos PGI2N e PGI2P foi de 20 e 10 µg/kg, respectivamente. Os blocos cardiopulmonares foram submetidos in situ a perfusão anterógrada com solução de baixo potássio e dextrana a 4ºC via artéria pulmonar, extraídos em bloco e armazenados a 4ºC por 6 h. Os blocos foram ventilados e perfundidos em um sistema ex vivo por 50 min, sendo obtidas medidas de mecânica ventilatória, hemodinâmica e trocas gasosas. RESULTADOS: Houve redução da pressão arterial pulmonar média após a nebulização em todos os grupos (p < 0,001), sem diferença entre os grupos. Na perfusão ex vivo, a mecânica ventilatória não diferiu entre os grupos. Houve redução da capacidade relativa de oxigenação ao longo da perfusão nos grupos SN e SP (p = 0,04), e houve aumento significativo da pressão arterial pulmonar no grupo SN. CONCLUSÕES: O modelo experimental de administração de PGI2 na extração pulmonar é exequível e confiável. Na reperfusão, os resultados de hemodinâmica e de trocas gasosas demonstraram tendência a um melhor desempenho com o uso de PGI2 do que com solução salina.OBJECTIVE:To present a model of prostaglandin I2 (PGI2) administration (inhaled vs. parenteral) and to assess the functional performance of the lungs in an ex vivo lung perfusion system. METHODS: Forty Wistar rats were anesthetized and placed on mechanical ventilation followed by median sterno-laparotomy and anticoagulation. The main pulmonary artery was cannulated. All animals were maintained on mechanical ventilation and were randomized into four groups (10 rats/group): inhaled saline (IS); parenteral saline (PS); inhaled PGI2 (IPGI2); and parenteral PGI2 (PPGI2). The dose of PGI2 used in the IPGI2 and PPGI2 groups was 20 and 10 µg/kg, respectively. The heart-lung blocks were submitted to antegrade perfusion with a low potassium and dextran solution via the pulmonary artery, followed by en bloc extraction and storage at 4ºC for 6 h. The heart-lung blocks were then ventilated and perfused in an ex vivo lung perfusion system for 50 min. Respiratory mechanics, hemodynamics, and gas exchange were assessed. RESULTS: Mean pulmonary artery pressure following nebulization decreased in all groups (p < 0.001), with no significant differences among the groups. During the ex vivo perfusion, respiratory mechanics did not differ among the groups, although relative oxygenation capacity decreased significantly in the IS and PS groups (p = 0.04), whereas mean pulmonary artery pressure increased significantly in the IS group. CONCLUSIONS: The experimental model of inhaled PGI2 administration during lung extraction is feasible and reliable. During reperfusion, hemodynamics and gas exchange trended toward better performance with the use of PGI2 than that with the use of saline.Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP

Salvamento de Bracara Augusta. Expansão da Área Industrial DST. Pitancinhos, Adaúfe, Braga

O Município de Braga auscultou os proprietários de terrenos abrangidos pela UOPG nº 3 prevista no PDM de Braga, localizada em Pitancinhos (freguesias de Adaúfe e Palmeira, Braga), com vista à definição de uma eventual unidade de execução. Neste âmbito, a Kwadrum S.A., proprietária de parte significativa dos referidos terrenos, pretendeu avaliar a exequibilidade da sua proposta de ampliação do ‘complexo DST’, no que concerne a eventuais condicionantes arqueológicas. Na área da UOPG acima referenciada, de acordo com o PDM, estão delimitadas duas zonas de proteção a dois sítios arqueológicos: “A01/011-Habitat Romano Indeterminado” e “A31/019-Quinta de São Tiago – Romano Indeterminado”, reportando-se o presente relatório aos trabalhos realizados na área do primeiro

Comparison of Celsior and Perfadex lung preservation solutions in rat lungs subjected to 6 and 12 hours of ischemia using an ex-vivo lung perfusion system

OBJECTIVE: This study evaluated the performance of lungs that were preserved with different solutions (Celsior, Perfadex or saline) in an ex vivo rat lung perfusion system. METHODS: Sixty Wistar rats were anesthetized, anticoagulated and randomized into three groups (n = 20). The rats were subjected to antegrade perfusion via the pulmonary artery with Perfadex, Celsior, or saline, followed by 6 or 12 hours of ischemia (4&#186;C, n = 10 in each group). Respiratory mechanics, gas exchange and hemodynamics were measured at 10-minute intervals during the reperfusion of heart-lung blocks in an ex vivo system (IL2-Isolated Perfused Rat or Guinea Pig Lung System, Harvard Apparatus, Holliston, Massachusetts, USA; Hugo Sachs Elektronik, Germany) for 60 minutes. The lungs were prepared for histopathology and evaluated for edema following reperfusion. Group comparisons were performed using ANOVA and the Kruskal-Wallis test with a 5% level of significance. RESULTS: Gas exchange was not significantly different between lungs perfused with either Perfadex or Celsior at the same ischemic times, but it was very low in lungs that were preserved with saline. Airway resistance was greater in the lungs that were preserved for 12 hours. Celsior lungs that were preserved for 6 and 12 hours exhibited lower airway resistance (p = 0.01) compared to Perfadex lungs. Pulmonary artery pressure was not different between the groups, and no significant differences in histopathology and apoptosis were observed between the groups. CONCLUSIONS: Lungs that were preserved with Celsior or Perfadex exhibited similar gas exchange and histopathological findings. Airway resistance was slightly lower in the Celsior-preserved lungs compared with the Perfadex-preserved lungs

Mundos em miniatura: aproximação a alguns aspectos da cartografia portuguesa do Brasil (séculos XVI a XVIII)

This paper discusses the challenges of "miniaturizing" the world in Portuguese cartography at the dawn of the Modern Age. It draws attention to the process of amassing experience and geographic knowledge, and their deployment in the cartographic representations of Brazil throughout the first three centuries of its colonization