Cerebellar Nonmotor Functions – Approaches and Significance

The cerebellum is involved in the control of motor and nonmotor functions. Refined and innovative experimental and clinical approaches, starting from anatomy and including functional magnetic resonance imaging (fMRI), have allowed researchers to store extensive information on the cerebellar contributions to motor control and also helped them to understanding cerebellar nonmotor functions. Does the cerebellum process exclusively cerebral information related to certain specific actions, or does it also process some forms of information independent of such relation? At present, researchers are close to evaluating how the cerebellum is active during resolution of cognitive tasks. Various therapy lines in perspective, from cerebellar stimulation to cerbellar grafts and artificial cerebellum, are of particular significance, as they can restore lost brain functions in animal models and repair insufficient brain processes in patients.Мозочок залучений у контроль моторних та немоторних функцій. Вдосконалені та інноваційні експериментальні та клінічні підходи, починаючи від врахування даних анатомічних досліджень та аж до використання результатів функціональної магніто-резонансної томографії (fMRT), дозволили дослідникам отримати великий обсяг інформації щодо внесків мозочка в керування рухами і допомогли усвідомити, що мозочок також виконує функції немоторного контролю. Виникає питання: чи оброблює мозочок виключно церебральну інформацію щодо контролю певних специфічних дій, або він також має відношення до обробки деяких форм інформації, незалежних від таких відношень. Зараз дослідники вже підійшли до визначення того, яким чином мозочок є активним протягом вирішення когнітивних задач. Різні перспективні підходи в терапії (від стимуляції мозочка до використання імплантів мозочка та «штучного» мозочка) виглядають досить важливими, оскільки вони дозволяють відновити втрачені мозкові функції в модельних експериментах на тваринах та коригувати певні процеси мозкової недостатності у пацієнтів

Use of the hurst exponent for analysis of electrocortical epileptiform activity induced in rats by administration of camphor essential oil or 1,8-cineole

In this study, we investigated the presence of long-range correlation effects in the electrocortical activity of rats using the Hurst exponent (H) calculated by dispersion analysis (DA) and an aggregated variance method (AGV). A slow decline of the autocorrelation function during time expansion and the existence of a correlation between distant time points of electrocorticograms (ECoGs) were shown to be typical of various pathophysiological states. In these cases, the H values were within a 0.5 < H < 1 range. A particularly slow decay of the autocorrelation function is typical of a long-range dependence (LRD). We found that ECoGs after i.p. administrations of camphor essential oil or its main constituent, 1,8-cineole, included attacks of uncontrolled electrical discharges and showed the presence of longrange correlation effects. Such findings are in agreement with recent data obtained by other authors and suggest that initiation of seizures can be predicted by certain ECoG indices. We estimated the critical period where the H values for ECoGs containing uncontrolled electrical discharges continuously increased within a few minutes before the attack. We believe that the AGV demonstrates certain advantages over DA in calculations of the H.Ми виявляли присутність ділянок тривалої кореляції в електрокортикограмах (ЕКоГ) щурів, використовуючи побудову експоненти Харста (Н). Останню розраховували на основі дисперсійного аналізу (DA) або методу згрупованих варіанс (AGV). В ЕКоГ, зареєстрованих у різних фізіологічних станах, спостерігалися повільне затухання аутокореляційної функції при розтягненні часової шкали та кореляція між віддаленими часовими точками. У цих випадках значення Н знаходилося в діапазоні 0.5<H<1.0. Особливо повільне затухання аутокореляційної функції свідчить про наявність довгодіапазонної залежності (LRD). Ми встановили, що в ЕКоГ, зареєстрованих після внутрішньоочеревинних ін’єкцій камфорної олії або її основного активного компонента 1,8-цинеолу, були наявні спалахи неконтрольованих розрядів (епілептиформні епізоди) та прояви тривалої кореляції. Ці спостереження узгоджуються з результатами, про котрі повідомляли інші автори, та вказують на можливість передбачати можливий розвиток судомної активності. Як виявилося, критичний період, у межах котрого величина Н для ЕКоГ з наявністю епілептиформних епізодів і котрий передує розвитку судомної активності, складає декілька хвилин. Ми вважаємо, що метод AGV при розрахунку Н має преференції порівняно з DА

Effect of camphor essential oil on rat cerebral cortex activity as manifested by fractal dimension changes

The aim of our study was to investigate the effect of camphor essential oil on rat cerebral cortex activity by fractal analysis. Fractal dimension (FD) values of the parietal electrocortical activity were calculated before and after intra-peritoneal administration of camphor essential oil (450-675 μl/kg) in anesthetized rats. Camphor oil induced seizure-like activity with single and multiple spiking of high amplitudes in the parietal electrocorticogram and occasional clonic limb convulsions. The FD values of cortical activity after camphor oil administration increased on the average. Only FD values of cortical ECoG sequences were lower than those before camphor oil administration.Cilj naše studije je bilo istraživanje efekta kamforovog esencijalnog ulja na aktivnost kore velikog mozga pacova pomoću fraktalne analize. Vrednosti fraktalne dimenzije parijetalne elektrokortikalne aktivnosti su izračunate pre i posle davanja kamforovog esencijalnog ulja (450-675 μl/kg,i.p.) anesteziranim pacovima. Kamforovo esencijalno ulje izazvalo je moždanu aktivnost nalik na napad sa pojedinačnim i višestrukim šiljak-talasima velike amplitude u parijetalnom elektrokortikogramu kao i povremene klonične konvulzije ekstremiteta. Posle davanja kamforovog ulja, srednje vrednosti fraktalne dimenzije kortikalne aktivnosti suse povećale u proseku. Jedino vrednosti fraktalne dimenzije iktalnih sekvenci elektrokortikograma su bile niže nego one pre davanja kamforovog ulja.Projekat ministarstva br. 14302

Fractal analysis of artificial and cerebellar signals at sampling frequencies of 32-4096 Hz

The aim of this study was to investigate the effects of varying sampling frequencies on fractal analysis of artificial and cerebellar signals. Applying Higuchi's algorithm, we calculated fractal dimension (FD) values of sinus function and rat cerebellar signals (before and after acute brain injury). Various sampling frequences of an artificial signal (as of sinus function, for example) may essentially change the function graphic and therefore the corresponding fractal dimension. Following the acute brain injury, we found an increase of FD values of cerebellar signals at sampling frequencies of 128, 256, 512 and 1024 Hz. We concluded that optimum sampling frequency range of cerebellar signals for FD analysis is 128-1024 Hz

Effect of camphor essential oil on rat cerebral cortex activity as manifested by fractal dimension changes

The aim of our study was to investigate the effect of camphor essential oil on rat cerebral cortex activity by fractal analysis. Fractal dimension (FD) values of the parietal electrocortical activity were calculated before and after intra-peritoneal administration of camphor essential oil (450-675 μl/kg) in anesthetized rats. Camphor oil induced seizure-like activity with single and multiple spiking of high amplitudes in the parietal electrocorticogram and occasional clonic limb convulsions. The FD values of cortical activity after camphor oil administration increased on the average. Only FD values of cortical ECoG sequences were lower than those before camphor oil administration

Estimation of parameter k(max) in fractal analysis of rat brain activity

We recorded electrocortical activity in anesthetized rats and constructed kmax new self-similar time series, applying Higuchi's algorithm. The aim of this study was to estimate value of the parameter k(max). in order to obtain fractal dimension values as an optimum measure of biosignal change. After our analysis, electrocortical activity recordings resulted in a family of curves f(k(max)). Three regions could be distinguished 2 = 30, with a smaller slope quasilinear increase. We suggest the optimum region for k(max): 8 < k(max) < 18, specifically k(max) = 8.nul

Consecutive differences as a method of signal fractal analysis

We propose a new method for calculating fractal dimension (DF) of a signal y(t), based on coefficients m(y)((n)), mean absolute values of its nth order derivatives (consecutive finite differences for sampled signals). We found that logarithms of m(y)((n)), = 2, 3,..., n(max), exhibited linear dependence on n: log (m(y)((n))) = (slope)n + Y(int) with stable slopes and Y-intercepts proportional to signal DF values. Using a family of Weierstrass functions, we established a link between Y-intercepts and signal fractal dimension: DF = A(n(max))Y(int) + B(n(max)), and calculated parameters A(n(max)) and B(n(max)) for n(max) = 3,..., 7. Compared to Higuchi's algorithm, advantages of this method include greater speed and eliminating the need to choose value for k(max), since the smallest error was obtained with n(max) = 3.nul

Estimation of parameter k(max) in fractal analysis of rat brain activity

We recorded electrocortical activity in anesthetized rats and constructed kmax new self-similar time series, applying Higuchi's algorithm. The aim of this study was to estimate value of the parameter k(max). in order to obtain fractal dimension values as an optimum measure of biosignal change. After our analysis, electrocortical activity recordings resulted in a family of curves f(k(max)). Three regions could be distinguished 2 = 30, with a smaller slope quasilinear increase. We suggest the optimum region for k(max): 8 < k(max) < 18, specifically k(max) = 8.nul