Mining the brain to predict gait characteristics: a BCI study

Tese de mestrado integrado em Engenharia Biomédica e Biofísica, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, em 2018A locomoção é uma das atividades mais comuns e relevantes da vida quotidiana, sendo que envolve a ativação dos sistemas nervoso e músculo-esquelético. Os distúrbios da locomoção são comuns principalmente na população idosa, sendo que frequentemente estão associados a uma diminuição da qualidade de vida. A ocorrência destes distúrbios aumenta com a idade, estimando-se que aproximadamente 10% das pessoas com idades entre 60 e 69 anos sofram de algum tipo de distúrbio da locomoção, enquanto esse número aumenta para mais de 60% em pessoas com idade superior a 80 anos. Os padrões da locomoção são influenciados por doenças, condições físicas, personalidade e humor, sendo que um padrão anormal ocorre quando uma pessoa não é capaz de andar da maneira usual, maioritariamente devido a lesões, doenças ou outras condições subjacentes. As causas dos distúrbios da marcha incluem condições neurológicas e músculo-esqueléticas. Um grande número de condições neurológicas pode causar um padrão de marcha anormal, como por exemplo um acidente vascular cerebral, paralisia cerebral ou a doença de Parkinson. Por outro lado, as causas músculo-esqueléticas devem-se principalmente a doenças ósseas ou musculares. A avaliação ou análise da marcha, inclui a medição, descrição e avaliação das variáveis que caracterizam a locomoção humana. Como resultado, este estudo permite o diagnóstico de várias condições, bem como avaliar a progressão da reabilitação e desenvolver estratégias de intervenção. Convencionalmente, a marcha é estudada subjetivamente com protocolos observacionais. No entanto, recentemente foram desenvolvidos métodos mais objetivos e viáveis. Os métodos de análise da marcha podem ser classificados em laboratoriais ou portáteis. Embora a análise baseada em laboratório utilize equipamentos especializados, os sistemas portáteis permitem o estudo da marcha em ambientes naturais e durante atividades da vida diária. A análise laboratorial da marcha é baseada principalmente em informações de imagem e vídeo, embora sensores de piso e placas de força também sejam comuns. Por outro lado, os sistemas portáteis consistem em um ou vários sensores, ligados ao corpo. A adaptação da locomoção é um dos mais relevantes conceitos na análise da mesma, sendo que a sua origem e dinâmica neuronal têm sido amplamente estudadas nos últimos anos. A adaptação da marcha reflete a capacidade de um sujeito em mudar de velocidade e direção, manter o equilíbrio ou evitar obstáculos. Em termos da reabilitação neurológica, a adaptação da locomoção interfere na dinâmica neuronal, permitindo que os pacientes restaurem certas funções motoras. Atualmente, os dispositivos robóticos para membros inferiores e os exoesqueletos são cada vez mais usados não só para facilitar a reabilitação motora, mas também para apoiar as funções da vida diária. No entanto, a sua eficiência e segurança depende da sua eficácia em detetar a intenção humana de mover e adaptar a locomoção. Recentemente, foi demonstrado que o ritmo auditivo tem um forte efeito no sistema motor. Consequentemente, a adaptação tem sido estudada com base em ritmos auditivos, onde os pacientes seguem tons de estimulação para melhorar a coordenação da marcha. A imagem motora (MI), uma prática emergente em BCI, ou interface cérebro-máquina, é definida como a atividade de simular mentalmente uma determinada ação, sem a execução real do movimento. O desempenho da classificação da MI é importante para desenvolver ambientes robustos de interface cérebro-máquina, para neuro-reabilitação de pacientes e controle de próteses robóticas. O desempenho da classificação da MI é importante para desenvolver ambientes robustos de interface cérebro-máquina, para neuro-reabilitação de pacientes e controle de próteses robóticas, uma vez que, estudos anteriores, concluíram que realizar uma sessão de MI ativa parcialmente as mesmas regiões cerebrais que o desempenho da tarefa real. Inicialmente, a tarefas de MI centravam-se apenas nos movimentos dos membros superiores, no entanto, recentemente, estas começaram também a focar-se nos movimentos dos membros inferiores, de modo a estudar a locomoção humana. A deteção da intenção motora em tarefas de MI enfrenta vários desafios, mesmo para duas classes (esquerda / direita, por exemplo), sendo que um dos principais desafios se deve ao número, localização e tipo de elétrodos de EEG usados. Recentemente, um número crescente de estudos investigou a atividade cerebral durante a locomoção humana. Esses estudos, baseados maioritariamente no EEG, encontraram várias relações entre regiões cerebrais e ações ou movimentos específicos. Por exemplo, concluiu-se que a atividade cerebral aumenta durante a caminhada ou a preparação para caminhar e que a potência nas bandas μ e β diminui durante a execução voluntária do movimento. Em termos de adaptação da marcha, foi demonstrado que a atividade eletrocortical varia de acordo com a tarefa motora executada. Recentemente, as Interfaces Cérebro-Máquina permitiram o desenvolvimento de novas terapias de reabilitação para restaurar as funções motoras em pessoas com deficiências na locomoção, envolvendo o SNC para ativar dispositivos externos. Na primeira parte desta tese, foram realizadas várias tarefas de MI, juntamente com os movimentos reais dos membros inferiores, de modo a comparar o desempenho da classificação de um sistema wireless de 16 elétrodos secos com um sistema wireless de 32 elétrodos com gel condutor. A extração e classificação das características do sinal foram também avaliadas com mais de um método (LDA e CSP). No final, a combinação de um filtro beta passa-banda com um filtro RCSP mostrou a melhor taxa de classificação. Embora durante a aquisição do EEG todos os canais tenham sido utilizados, durante os métodos de processamento, foram escolhidas duas configurações específicas, onde os elétrodos foram selecionados de acordo com sua posição relativamente ao córtex motor. Desde modo, infere-se que uma seleção cuidada da localização dos elétrodos é mais importante do que ter um denso mapa de elétrodos, o que torna os sistemas EEG mais confortáveis e de fácil utilização. Os resultados mostram também a viabilidade do uso doméstico de sistemas de elétrodos secos com um reduzido número de sensores, e a possibilidade de diferenciar entre as tarefas de MI (esquerda e direita), para ambos os membros, com uma precisão relativamente alta. Por outro lado, a segunda parte desta tese apresenta um esquema de adaptação da marcha em ambientes naturais. De modo a avaliar a adaptação da marcha, os sujeitos seguem um tom rítmico que alterna entre três modos distintos (lento, normal e acelerado). As características da locomoção foram extraídas com base numa câmara RGB, sendo que os sinais de EEG foram monitorados simultaneamente. De seguida, estas características bem como as informações do tempo de reação foram utilizadas para extrair as etapas de adaptação da marcha versus etapas de não adaptação. De modo a remover os artefactos presentes no EEG, devidos maioritariamente ao movimento do sujeito, o sinal for filtrado com uma filtro passa-banda e sujeito a uma análise de componentes independentes (ICA). Posteriormente, as características de adaptação da marcha do EEG foram investigadas com base em dois problemas de classificação: i) classificação dos passos em direito ou esquerdo e ii) etapas de adaptação versus não adaptação da marcha. As características foram extraídas com base em padrões espaciais comuns (CSP) e padrões espaciais comuns regularizados (RCSP). Os resultados mostram que é possível discriminar com sucesso a adaptação versus não adaptação com mais de 90% de precisão. Este procedimento permite a monitoração dos participantes em ambientes mais realistas, sem a necessidade de equipamentos especializados, como sensores de pressão. Este método demonstrou que é possível detetar a adaptação com mais de 90% de precisão, quando os participantes tentam adaptar sua velocidade de marcha para uma velocidade maior ou menor.Gait adaptation is one of the most relevant concepts in gait analysis and its neuronal origin and dynamics has been extensively studied in the past few years. In terms of neurorehabilitation, gait adaptation perturbs neuronal dynamics and allows patients to restore some of their motor functions. In fact, lower-limbs robotic devices and exoskeletons are increasingly used to facilitate rehabilitation as well as supporting daily life functions. However, their efficiency and safety depend on how well they can detect the human intention to move and adapt the gait. Motor imagery (MI), an emerging practise in Brain Computer Interface (BCI), is defined as the activity of mentally simulating a given action, without the actual execution of the movement. MI classification performance is important in order to develop robust brain computer interface environments for neuro-rehabilitation of patients and robotic prosthesis control. In the first section of this thesis, it was performed a number of motor imagery tasks along with actual movements of the limbs to compare the classification performance of a dry 16-channel and a wet, 32-channel, wireless (Electroencephalography) EEG system. Results showed the feasibility of home use of dry electrode systems with a small number of sensors, and the possibility to discriminate between left and right MI tasks for both arms and legs, with a relatively high accuracy. The second part of this thesis presents a gait adaptation scheme in natural settings. This procedure allows the monitorization of subjects in more realistic environments without the requirement of specialized equipment such as treadmill and foot pressure sensors. Gait characteristics were extracted based on a single RGB camera, and EEG signals are monitored simultaneously. This method demonstrated that it is possible to detect adaptation steps with more than 90% accuracy, when subjects tries to adapt their walking speed to a higher or lower speed

Streptococcus pyogenes Causing Skin and Soft Tissue Infections Are Enriched in the Recently Emerged emm89 Clade 3 and Are Not Associated With Abrogation of CovRS

Although skin and soft tissue infections (SSTI) are the most common focal infections associated with invasive disease caused by Streptococcus pyogenes (Lancefield Group A streptococci - GAS), there is scarce information on the characteristics of isolates recovered from SSTI in temperate-climate regions. In this study, 320 GAS isolated from SSTI in Portugal were characterized by multiple typing methods and tested for antimicrobial susceptibility and SpeB activity. The covRS and ropB genes of isolates with no detectable SpeB activity were sequenced. The antimicrobial susceptibility profile was similar to that of previously characterized isolates from invasive infections (iGAS), presenting a decreasing trend in macrolide resistance. However, the clonal composition of SSTI between 2005 and 2009 was significantly different from that of contemporary iGAS. Overall, iGAS were associated with emm1 and emm3, while SSTI were associated with emm89, the dominant emm type among SSTI (19%). Within emm89, SSTI were only significantly associated with isolates lacking the hasABC locus, suggesting that the recently emerged emm89 clade 3 may have an increased potential to cause SSTI. Reflecting these associations between emm type and disease presentation, there were also differences in the distribution of emm clusters, sequence types, and superantigen gene profiles between SSTI and iGAS. According to the predicted ability of each emm cluster to interact with host proteins, iGAS were associated with the ability to bind fibrinogen and albumin, whereas SSTI isolates were associated with the ability to bind C4BP, IgA, and IgG. SpeB activity was absent in 79 isolates (25%), in line with the proportion previously observed among iGAS. Null covS and ropB alleles (predicted to eliminate protein function) were detected in 10 (3%) and 12 (4%) isolates, corresponding to an underrepresentation of mutations impairing CovRS function in SSTI relative to iGAS. Overall, these results indicate that the isolates responsible for SSTI are genetically distinct from those recovered from normally sterile sites, supporting a role for mutations impairing CovRS activity specifically in invasive infection and suggesting that this role relies on a differential regulation of other virulence factors besides SpeB

Streptococcus canis Are a Single Population Infecting Multiple Animal Hosts Despite the Diversity of the Universally Present M-Like Protein SCM

Streptococcus canis is an animal pathogen which occasionally causes infections in humans. The S. canis M-like protein (SCM) encoded by the scm gene, is its best characterized virulence factor but previous studies suggested it could be absent in a substantial fraction of isolates. We studied the distribution and variability of the scm gene in 188 S. canis isolates recovered from companion animals (n = 152), wild animal species (n = 20), and humans (n = 14). Multilocus sequence typing, including the first characterization of wildlife isolates, showed that the same lineages are present in all animal hosts, raising the possibility of extensive circulation between species. Whole-genome analysis revealed that emm-like genes found previously in S. canis correspond to divergent scm genes, indicating that what was previously believed to correspond to two genes is in fact the same scm locus. We designed primers allowing for the first time the successful amplification of the scm gene in all isolates. Analysis of the scm sequences identified 12 distinct types, which could be divided into two clusters: group I (76%, n = 142) and group II (24%, n = 46) sharing little sequence similarity. The predicted group I SCM showed extensive similarity with each other outside of the N-terminal hypervariable region and a conserved IgG binding domain. This domain was absent from group II SCM variants found in isolates previously thought to lack the scm gene, which also showed greater amino acid variability. Further studies are necessary to elucidate the possible host interacting partners of the group II SCM variants and their role in virulence

VIII Congresso Estadual Paulista sobre Formação de Educadores

O tema proposto para discussão durante o VIII Congresso Estadual Paulista sobre a Formação de Educadores – Modos de ser Educador: Artes e Técnicas – Ciências e Políticas envolve a busca de integração entre as diferentes dimensões que compõem a formação do profissional da educação. O trabalho e o sentido da intervenção social desse profissional se constituem em objeto em torno do qual as análises e interpretações vão recolher os fundamentos de debate sobre cultura como totalidade, incluindo: Artes e Técnicas – Ciências e Políticas. A dinâmica que caracteriza a formação de educadores requer a interpretaçãodesses fundamentos para o constante redimensionamento e definição dos objetivos visando aperfeiçoar o papel do profissional educador na sociedade. Por meio de discussões entrediferentes setores ligados à educação é que podem ser avaliados, preservados ou transformados os móveis que norteiam a formação do educador dentro de contextos culturais/sociais específicos, nos diversos campos, artes, técnicas, ciências e políticas. A disponibilidade de um espaço como o VIII Congresso Estadual Paulista sobre a Formação de Educadores para que estudiosos do tema - Educação - se congreguem e debatam a produção de conhecimento sob diversos ângulos, insere e qualifica esse evento como um processo de contribuição para o aprofundamento de estudos na área educacional. Os Congressos Estaduais Paulistas sobre a Formação de Educadores (CEPFE) vêm acontecendo desde 1990 e têm dedicado ênfase especial à formação de profissionais da educação, nos níveis de ensino fundamental, médio e universitário. Tal conformação do Congresso procura extrapolar questões próprias do padrão formal, para a abordagem de formação do profissional da educação embasada na crítica constante, capaz de dinamizar processos e resultados. Essa pretensão ressalta a importância do envolvimento de diferentes áreas do saber numa discussão sobre significados da produção de conhecimento. Daí poderão provir os resultados esperados a partir das atividades programadas para o VIII Congresso dentre os quais está esse caderno de resumos que ora apresentamos.Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP

Characterisation of microbial attack on archaeological bone

As part of an EU funded project to investigate the factors influencing bone preservation in the archaeological record, more than 250 bones from 41 archaeological sites in five countries spanning four climatic regions were studied for diagenetic alteration. Sites were selected to cover a range of environmental conditions and archaeological contexts. Microscopic and physical (mercury intrusion porosimetry) analyses of these bones revealed that the majority (68%) had suffered microbial attack. Furthermore, significant differences were found between animal and human bone in both the state of preservation and the type of microbial attack present. These differences in preservation might result from differences in early taphonomy of the bones. © 2003 Elsevier Science Ltd. All rights reserved

Núcleos de Ensino da Unesp: artigos 2008

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq

Evaluation of a quality improvement intervention to reduce anastomotic leak following right colectomy (EAGLE): pragmatic, batched stepped-wedge, cluster-randomized trial in 64 countries

Background Anastomotic leak affects 8 per cent of patients after right colectomy with a 10-fold increased risk of postoperative death. The EAGLE study aimed to develop and test whether an international, standardized quality improvement intervention could reduce anastomotic leaks. Methods The internationally intended protocol, iteratively co-developed by a multistage Delphi process, comprised an online educational module introducing risk stratification, an intraoperative checklist, and harmonized surgical techniques. Clusters (hospital teams) were randomized to one of three arms with varied sequences of intervention/data collection by a derived stepped-wedge batch design (at least 18 hospital teams per batch). Patients were blinded to the study allocation. Low- and middle-income country enrolment was encouraged. The primary outcome (assessed by intention to treat) was anastomotic leak rate, and subgroup analyses by module completion (at least 80 per cent of surgeons, high engagement; less than 50 per cent, low engagement) were preplanned. Results A total 355 hospital teams registered, with 332 from 64 countries (39.2 per cent low and middle income) included in the final analysis. The online modules were completed by half of the surgeons (2143 of 4411). The primary analysis included 3039 of the 3268 patients recruited (206 patients had no anastomosis and 23 were lost to follow-up), with anastomotic leaks arising before and after the intervention in 10.1 and 9.6 per cent respectively (adjusted OR 0.87, 95 per cent c.i. 0.59 to 1.30; P = 0.498). The proportion of surgeons completing the educational modules was an influence: the leak rate decreased from 12.2 per cent (61 of 500) before intervention to 5.1 per cent (24 of 473) after intervention in high-engagement centres (adjusted OR 0.36, 0.20 to 0.64; P < 0.001), but this was not observed in low-engagement hospitals (8.3 per cent (59 of 714) and 13.8 per cent (61 of 443) respectively; adjusted OR 2.09, 1.31 to 3.31). Conclusion Completion of globally available digital training by engaged teams can alter anastomotic leak rates. Registration number: NCT04270721 (http://www.clinicaltrials.gov)

Delayed colorectal cancer care during covid-19 pandemic (decor-19). Global perspective from an international survey

Background The widespread nature of coronavirus disease 2019 (COVID-19) has been unprecedented. We sought to analyze its global impact with a survey on colorectal cancer (CRC) care during the pandemic. Methods The impact of COVID-19 on preoperative assessment, elective surgery, and postoperative management of CRC patients was explored by a 35-item survey, which was distributed worldwide to members of surgical societies with an interest in CRC care. Respondents were divided into two comparator groups: 1) ‘delay’ group: CRC care affected by the pandemic; 2) ‘no delay’ group: unaltered CRC practice. Results A total of 1,051 respondents from 84 countries completed the survey. No substantial differences in demographics were found between the ‘delay’ (745, 70.9%) and ‘no delay’ (306, 29.1%) groups. Suspension of multidisciplinary team meetings, staff members quarantined or relocated to COVID-19 units, units fully dedicated to COVID-19 care, personal protective equipment not readily available were factors significantly associated to delays in endoscopy, radiology, surgery, histopathology and prolonged chemoradiation therapy-to-surgery intervals. In the ‘delay’ group, 48.9% of respondents reported a change in the initial surgical plan and 26.3% reported a shift from elective to urgent operations. Recovery of CRC care was associated with the status of the outbreak. Practicing in COVID-free units, no change in operative slots and staff members not relocated to COVID-19 units were statistically associated with unaltered CRC care in the ‘no delay’ group, while the geographical distribution was not. Conclusions Global changes in diagnostic and therapeutic CRC practices were evident. Changes were associated with differences in health-care delivery systems, hospital’s preparedness, resources availability, and local COVID-19 prevalence rather than geographical factors. Strategic planning is required to optimize CRC care