FPGA-based operational concept and payload data processing for the Flying Laptop satellite

Flying Laptop is the first small satellite developed by the Institute of Space Systems at the Universität Stuttgart. It is a test bed for an on-board computer with a reconfigurable, redundant and self-controlling high computational ability based on the field pro- grammable gate arrays (FPGAs). This Technical Note presents the operational concept and the on-board payload data processing of the satellite. The designed operational concept of Flying Laptop enables the achievement of mission goals such as technical demonstration, scientific Earth observation, and the payload data processing methods. All these capabilities expand its scientific usage and enable new possibilities for real-time applications. Its hierarchical architecture of the operational modes of subsys- tems and modules are developed in a state-machine diagram and tested by means of MathWorks Simulink-/Stateflow Toolbox. Furthermore, the concept of the on-board payload data processing and its implementation and possible applications are described

New genetic loci link adipose and insulin biology to body fat distribution.

Body fat distribution is a heritable trait and a well-established predictor of adverse metabolic outcomes, independent of overall adiposity. To increase our understanding of the genetic basis of body fat distribution and its molecular links to cardiometabolic traits, here we conduct genome-wide association meta-analyses of traits related to waist and hip circumferences in up to 224,459 individuals. We identify 49 loci (33 new) associated with waist-to-hip ratio adjusted for body mass index (BMI), and an additional 19 loci newly associated with related waist and hip circumference measures (P < 5 × 10(-8)). In total, 20 of the 49 waist-to-hip ratio adjusted for BMI loci show significant sexual dimorphism, 19 of which display a stronger effect in women. The identified loci were enriched for genes expressed in adipose tissue and for putative regulatory elements in adipocytes. Pathway analyses implicated adipogenesis, angiogenesis, transcriptional regulation and insulin resistance as processes affecting fat distribution, providing insight into potential pathophysiological mechanisms

Altersabhängigkeit impliziten sequentiellen Lernens bei gesunden Probanden Implementierung eines standardisierten Normkollektivs für den seriellen Reaktionszeittest

Das implizite Lernen spielt im Alltag eine herausragende Rolle. Hierdurch können Fertigkeiten erlernt werden, um sich im soziokulturellen Umfeld zurechtzufin-den. Während das explizite Gedächtnis dem Temporallappen zugeordnet wird (Corkin et al 2002), wird die Verortung des neuroanatomischen Gebiets für das implizite Lernen noch diskutiert. Möglicherweise sind extra-temporale Strukturen hierfür verantwortlich, da der Patient „H.M.“ nach bilateraler medialer Temporallappenresektion implizit, jedoch nicht explizit lernen konnte (Corkin 1968, 2002, Bohbot und Corkin 2007). Um die neuroanatomischen Strukturen näher zu charakterisieren, wird am Epilepsiezentrum Hessen (EHZ) eine Studie bei prä- und postoperativen Epilepsiepatienten mit dem entwickelten seriellen Reaktionszeittest (SRTT) durchgeführt. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit soll zum einen ein altersabhängiges Normkollektiv erhoben werden und die Altersabhängigkeit im impliziten und expliziten Lernen untersucht werden. Methode: Es wurden 103 gesunde Probanden im Alter von 18-75 Jahren mit dem „serial reaction time task“ (SRTT) untersucht, wobei pro Altersgruppe mindestens 20 Teil-nehmer eingeschlossen worden sind. Ausschlusskriterien waren chronische neurologische, psychiatrische (inkl. Alkohol- und/oder Drogenabusus) oder internistische Erkrankungen sowie Störung des Schlafwachrhythmus. Zielsetzung für die Probanden war es, auf visuelle Stimuli schnell und exakt zu reagieren, dabei wurden die Fehler und die Reaktionszeit erfasst. Die Stimulipräsentation erfolgten in 8 Blöcken - zwei randomisierte Blöcke (1 und 6) und sechs Sequenzblöcke (2-5 und 7-8). Aus der Differenz zwischen randomsiertem Block 6 und dem Mittelwert der Blöcke 5 und 7 wurde die implizite Lernleistung bestimmt. Abschließend erfolgte mittels eines Generation Tasks die Überprüfung ob das implizit Erlernte explizit abrufbar ist. Das explizite (verbale) Gedächtnis wurde mittels eines standardisierten neuropsychologischen Verfahrens (Verbaler Lern- und Merkfähigkeitstest (VLMT)) erfasst und daneben wurden die Händigkeit (Edinburgh Handedness Inventory (EHI)) und demografische Variablen (strukturiertes Interview inkl. Selbsteinschätzung zum Lernen) erhoben. Ergebnis: Die Probanden (weiblich 56%, Alter: 45.02 ± SD 15.6, range 19-75 Jahre) verteilten sich wie folgt auf die Altersgruppen: 18-30 Jahre: n=20, 31-40: n=20; 41-50: n=20; 51-60: n=21; 61-75: n=22). Der SRTT erfasste implizites sequentielles Lernen bei Gesunden verschiedenen Alters. Dabei nahmen die Reaktionszeiten im Rahmen des Lernprozesses zu und die Fehlerraten nahmen ab. Dagegen waren die Reaktionszeit und die Fehlerrate in dem randomisierten Block 6 deutlich erhöht. Die Reaktionszeit und die Fehlerrate waren bei den jeweils älteren Gruppen höher als bei den Jüngeren. Be-zogen auf die Reaktionszeit ergab sich ein paralellverschobener Verlauf der Reaktions-zeit. Die implizite Lernleistung (prozedurales Lernen) blieb aber altersunabhängig intakt. Ein Transfer des impliziten Gedächtnisses in das explizite Gedächtnis ließ sich im Rahmen des Generation Task nicht nachweisen. Insgesamt konnte ein Normwertkollektiv generiert werden, das als Vergleich zu Patientendaten verfügbar ist. Das explizite Gedächtnis gemessen an Abruf (VLMT7, 12.4 ± 2.6 SD) und Wiedererkennen (VLMTWK-VLMTF 13.6 ± 2.2 SD) war normal in allen Gruppen verglichen mit der standardisierten VLMT-Normwerttabelle mit einer Verschlechterung der expliziten Lernleistung bei zunehmendem Alter. Die Ergebnisse zeigen zudem, dass die subjektive Einschätzung der Lernleistung für das explizite Gedächtnis funktioniert, während eine solche Einschätzung seitens der Probanden nicht für implizites Lernen gelingt. Eine Korrelation expliziter und impliziter Gedächtnisleistungen zeigte sich nicht. Diskussion: Der SRTT ist als standardisiertes, computergestütztes Verfahren bei Pro-banden jeden Alters anwendbar und erfasst das implizite Lernen. Zentrale Erkenntnis war, dass das implizite Gedächtnis auch im Alter intakt bleibt und sich nicht wie die explizite Gedächtnisleistung altersabhängig verändert. Die Studie ist als Normkollektiv für weitere (longitudinale) Patientenstudien relevant, um diese Gedächtnisleistungen bei anderen Erkrankungen (z.B. Epilepsie, REM-Schlafverhaltensstörung) zu erfassen. Dazu sind jedoch weitere Studien notwendig. In zukünftigen Studien könnten beispiels-weise eine funktionelle Untersuchung mittels MRT bei Gesunden die neuroanatomischen Korrelate bestimmen

Neuroprotection and neuroregeneration of retinal ganglion cells after intravitreal carbon monoxide release

<div><p>Purpose</p><p>Retinal ischemia induces apoptosis leading to neurodegeneration and vision impairment. Carbon monoxide (CO) in gaseous form showed cell-protective and anti-inflammatory effects after retinal ischemia-reperfusion-injury (IRI). These effects were also demonstrated for the intravenously administered CO-releasing molecule (CORM) ALF-186. This article summarizes the results of intravitreally released CO to assess its suitability as a neuroprotective and neuroregenerative agent.</p><p>Methods</p><p>Water-soluble CORM ALF-186 (25 μg), PBS, or inactivated ALF (iALF) (all 5 μl) were intravitreally applied into the left eyes of rats directly after retinal IRI for 1 h. Their right eyes remained unaffected and were used for comparison. Retinal tissue was harvested 24 h after intervention to analyze mRNA or protein expression of Caspase-3, pERK1/2, p38, HSP70/90, NF-kappaB, AIF-1 (allograft inflammatory factor), TNF-α, and GAP-43. Densities of fluorogold-prelabeled retinal ganglion cells (RGC) were examined in flat-mounted retinae seven days after IRI and were expressed as mean/mm². The ability of RGC to regenerate their axon was evaluated two and seven days after IRI using retinal explants in laminin-1-coated cultures. Immunohistochemistry was used to analyze the different cell types growing out of the retinal explants.</p><p>Results</p><p>Compared to the RGC-density in the contralateral right eyes (2804±214 RGC/mm²; data are mean±SD), IRI+PBS injection resulted in a remarkable loss of RGC (1554±159 RGC/mm²), p<0.001. Intravitreally injected ALF-186 immediately after IRI provided RGC protection and reduced the extent of RGC-damage (IRI+PBS 1554±159 vs. IRI+ALF 2179±286, p<0.001). ALF-186 increased the IRI-mediated phosphorylation of MAP-kinase p38. Anti-apoptotic and anti-inflammatory effects were detectable as Caspase-3, NF-kappaB, TNF-α, and AIF-1 expression were significantly reduced after IRI+ALF in comparison to IRI+PBS or IRI+iALF. Gap-43 expression was significantly increased after IRI+ALF. iALF showed effects similar to PBS. The intrinsic regenerative potential of RGC-axons was induced to nearly identical levels after IRI and ALF or iALF-treatment under growth-permissive conditions, although RGC viability differed significantly in both groups. Intravitreal CO further increased the IRI-induced migration of GFAP-positive cells out of retinal explants and their transdifferentiation, which was detected by re-expression of beta-III tubulin and nestin.</p><p>Conclusion</p><p>Intravitreal CORM ALF-186 protected RGC after IRI and stimulated their axons to regenerate in vitro. ALF conveyed anti-apoptotic, anti-inflammatory, and growth-associated signaling after IRI. CO’s role in neuroregeneration and its effect on retinal glial cells needs further investigation.</p></div

Effect of ALF-186 on AIF-1, TNF-α, and Gap-43 mRNA expression.

<p><b>(A)</b> Fold induction of AIF-1 mRNA expression after IRI (n = 6; data are mean±SD; ** = p<0.05; * = p<0.05). <b>(B)</b> Fold induction of TNF-α mRNA expression after ALF-186 (n = 6; data are mean±SD; *** = p<0.001). <b>(C)</b> Fold induction of Gap-43 mRNA expression after ALF-186 (n = 6; data are mean±SD; both *** = p<0.001).</p

Protection of retinal ganglion cells (RGC) by intravitreal-administered ALF-186 after ischemia-reperfusion-injury (IRI).

<p><b>(A)</b> Representative images of flat mounted retinae seven days after IRI to the left eye (left picture: untreated right eye without any treatment, picture 2–4: IRI eye after intravitreal injection of PBS, ALF-186, or iALF-186). RGC had been retrogradely labeled with fluorogold one week prior to intervention. A significant reduction of RGC-density was detectable after IRI and PBS or iALF treatment, while ALF protected RGC after IRI. Scale bar indicates 200 μm. <b>(B)</b> Quantification of RGC-density (cells/mm²; mean±SD; n = 6) revealed a marked protection of RGC after ischemia in the ALF-treated eyes in comparison to iALF or PBS. *** = p<0.001.</p

Intravitreal ALF-186 decreased the IRI-induced capsase-3 and NF-κB mRNA expression and affected the heat-shock response differently.

<p><b>(A)</b> Fold induction of caspase-3 mRNA expression after PBS, ALF-186, or iALF injection after IRI compared to GAPDH in relation to the corresponding non-ischemic contralateral retina analyzed by RT-PCR (n = 6; mean±SD; *** = p<0.001; *** = p<0.001). ALF decreased the IRI-induced caspase-3 expression significantly. <b>(B)</b> Fold induction of NF-κB mRNA expression after PBS, ALF-186, or iALF injection+IRI (n = 6; mean±SD; *** = p<0.001; ** = p<0.01). Intravitreal CO suppressed NF-κB mRNA expression after IRI. <b>(C+D)</b> Fold induction of HSP-70 (C) and HSP-90 (D) mRNA expression 24 h after IRI (n = 6; mean±SD; * = p<0.05). While HSP-70 expression was decreased, HSP-90 was induced by ALF.</p