NIH RO1 NIBIB: 1R01EB009103-01 Neuroingeniería clínicos Programa de Capacitación (1 T90 DK070079-01) Wallace H Coulter Fundación NIH Institucional ciencia clínica y traslacional Premio NIH / CNRR 1KL2RR025012-01 Wisconsin Alumni Research Foundation

Procedimiento experimental <ol><li> Conexión de los electrodos de EEG <ol><li> Se le conectarán electrodos en el cuero cabelludo con una tapa de EEG, lo que simplifica el proceso de asegurar que los electrodos estén en el lugar adecuado en el cuero cabelludo, como se especifica en el sistema internacional 10-20. </li><li> Para colocar la tapa, marca el vértice en el cuero cabelludo del sujeto con un bolígrafo de punta de fieltro u otro método similar. Para ello, comenzar por ubicar el nasion y inion sobre el tema. Utilizando una cinta métrica, encontrar la distancia entre estas dos localidades. El punto medio entre los dos puntos, o un 50% de la distancia, es el vértice. Haga una marca en ese punto para su posterior consulta. Otros 10-20 puntos se pueden localizar de una manera similar. </li><li> Encontrar el electrodo Cz en la tapa, y colóquelo en el vértice. Mantener fijo Cz, deslice la tapa en la cabeza. Asegúrese de que los electrodos Fz, Cz, Pz y están en la línea media del cuero cabelludo, y que los electrodos O1-O2 es horizontal y el nivel de Oz, y que FP1-FP2 están al nivel de FPZ. </li><li> Ahora, coloque el electrodo de referencia, que normalmente se sujeta en un lóbulo de la oreja. </li><li> A continuación, los electrodos están llenos de un gel conductor para que los electrodos hacer un contacto de baja impedancia con el cuero cabelludo. Para ello, una pequeña jeringa con una aguja de punta roma se llena con el gel. Además, puede ser útil para ver las huellas de EEG en la pantalla del ordenador, mientras que el gel se aplica para determinar si la conexión es buena. </li><li> Insertar la aguja en un electrodo, y suavemente raspe el cuero cabelludo con la aguja para extraer la piel muerta. Rellene el electrodo con una pequeña cantidad de gel, con cuidado de no llenar en exceso. Comience con el electrodo de referencia del oído, y repite para todos los electrodos, incluyendo el suelo. </li><li> Compruebe la impedancia de todos los canales, que debería ser inferior a 5 kW. Este método varía dependiendo del sistema de amplificación de concreto que se utilice, pero debe ser posible verificar la impedancia a través de hardware o por medio de BCI2000. </li><li> Si un electrodo es de más de 5 kW, insertar la aguja de nuevo, y matizar el cuero cabelludo un poco más. No debería ser necesario inyectar más gel, a menos que no hay disminución de la impedancia. </li></ol></li><li> Características de la obtención de EEG de calibración <ol><li> En el inicio de una sesión, sobre todo la primera vez que se está sujeto a prueba, es útil para determinar las características del EEG que se puede utilizar para controlar una BCI. Esto es porque aunque las propiedades básicas de la Mu y Beta ritmos EEG son los mismos para todas las personas, estas características pueden variar de persona a persona, y por lo tanto necesita ser calibrado antes de cualquier otros experimentos. </li><li> En la sesión de la calibración, el sujeto se le pide que imagine los movimientos diferentes que involucran a sus manos o los pies, en respuesta a las señales visuales presentados en el monitor. Para empezar, el sistema de equipo debe estar configurado para el modo de monitor dual, de modo que la pantalla del investigador contiene el software de control, y el segundo monitor muestra el resultado experimental. </li><li> Inicio BCI2000 de la BCI2000Launcher mediante la selección de su módulo de amplificador de la fuente, el módulo ARSignalProcessing, y el módulo de StimulusPresentation. En este ejemplo, estamos utilizando el módulo gUSBampSource, que controla el amplificador g.USBamp. </li><li> Agregar los archivos de parámetros para el sujeto, el amplificador, y las tareas de detección del motor. Estos deben ser configurados antes de tiempo, de modo que sólo se puede cargar, y el experimento puede comenzar. </li><li> Una vez que los archivos de parámetros se han añadido a la lista de archivos en BCI2000Launcher, pulse el botón Iniciar. Si todo ha funcionado correctamente, BCI2000 debe comenzar, un rastro de los datos de EEG debe aparecer, y supervisar el sujeto debe estar en blanco antes del inicio del experimento. </li><li> Durante la sesión, la pantalla se quedará en blanco, o mostrar una instrucción, tales como &quot;mano derecha&quot;, &quot;mano izquierda&quot;, &quot;ambas manos&quot;, o la instrucción aparecerá en la pantalla por 3s &quot;ambos pies.&quot;; Durante en esta ocasión, el tema continua debe imaginar el movimiento. Los movimientos de las manos debe abrir y cerrar las manos (por ejemplo, como apretar una pelota de tenis), y el movimiento de los pies deben mover los pies hacia atrás y adelante (por ejemplo, como presionar un pedal con ambos pies). Cuando la pantalla está en blanco, el cuerpo debe estar completamente relajado. </li><li> Durante la carrera, cada parte del cuerpo se repite 20 veces. Idealmente, debería ser de 100 puntos de datos, lo que significa que debe haber un total de cinco carreras. Con varias sesiones, menos carreras son necesarias, ya que el sujeto es capaz de realizar la tarea de imaginar mejor. </li></ol></li><li> Analizar las características del EEG <ol><li> Con el fin de determinar las características EEG el sujeto es capaz de modular voluntariamente con el fin de controlar la información comercial confidencial, los datos de calibración se analiza en línea mediante la herramienta de análisis fuera de línea BCI2000, incluido con BCI2000. Esta herramienta convierte los datos recogidos en el dominio de la frecuencia feAtures, que muestra las frecuencias y los lugares que han cambiado durante los diferentes movimientos, y la correlación máxima con las tareas. Estas características se pueden utilizar en un experimento de BCI. </li><li> Para determinar qué características deben usarse, inicie la herramienta BCI2000 análisis fuera de línea. BCI2000 incluye un extenso tutorial para el uso de la herramienta de análisis, que debe ser consultado para obtener más información. </li><li> Determinar las características del EEG están fuertemente correlacionados con cada movimiento, encontrando el R-cuadrado grandes valores en los gráficos realizados a partir de la herramienta de análisis. Los canales y los cubos de la frecuencia con la más grande valores R-cuadrado (por ejemplo, mayor que 0,2) puede ser seleccionado como un componente de la señal de control para una determinada dirección. Por ejemplo, las características que el cambio de la condición de mano derecha debe estar configurado para mover el cursor a la derecha de la pantalla. </li><li> También es importante recordar que el Mu / ritmos Beta disminución de la amplitud con un movimiento asociado. Por lo tanto, con el fin de mover el cursor a la derecha, lo positivo de las x, esta característica debe tener un peso negativo asociado a él. </li><li> Los canales y frecuencias elegido debe ser compatible con las propiedades conocidas de los ritmos corticales sensorio. Es decir, los cambios significativos que corresponde con el movimiento imaginado mano derecha debe ser visto en la corteza cerebral contralateral (izquierda) del motor, cerca de C3 y CP3 y centrada cerca de 08/12 Hz y / o 18-28 Hz. Del mismo modo, los movimientos de la mano izquierda debe dar lugar a cambios en el derecho de la corteza motora en el C4 y CP4 electrodos, y movimientos de los pies debe aparecer en Cz y CPZ. Si estos lugares y los valores son diferentes, entonces es probable que algún otro ruido o de efectos aleatorios se midió, y no debe ser configurada como una función de control. </li><li> Para cada condición, los cuatro mayores valores R-cuadrado se debe elegir en función del número de canal y el número de depósito. Las frecuencias se disponen en dos contenedores de Hz, por lo que una característica con una alta r-cuadrado 10 a 12 Hz que aparecen en la bandeja 6. Con estos valores en la mano, el sistema puede ser configurado para la tarea de control del cursor. </li></ol></li><li> Comentarios en línea de configuración de sesión <ol><li> Configure la sesión de movimiento del cursor en el Lanzador BCI2000. </li><li> Antes de comenzar el experimento, varios parámetros se deben configurar. En primer lugar, el filtro espacial se debe configurar con una referencia común de la media. Para hacerlo, pulse Configuración en el operador BCI2000 para que aparezca la lista de ajustes y pulse la pestaña de filtrado. </li><li> Ir al SpatialFiltering, y cambiar el SpatialFilterType cuadro desplegable para que diga &quot;Common-Media de Referencia (CAR).&quot; </li><li> Bajo la producción de automóviles SpatialFilter, una lista de los nombres de los canales o los números seleccionados en la sesión de calibración. Por ejemplo, puede escribir &quot;C3 C4 CP4 CP3 Cz CPZ&quot; (sin las comillas), y BCI2000 conocer la voluntad de los canales a utilizar (siempre que las etiquetas de los canales se enumeran en la sección &quot;Nombres de canal&quot; campo en la ficha Fuente). </li><li> A continuación, la matriz de clasificación debe estar configurado para utilizar las funciones seleccionadas. En la ficha Filtros, ir al parámetro clasificador y Matrix pulse Editar. </li><li> El número de columnas debe ser ajustado a 4, y el número de filas debe ser igual al número total de las funciones seleccionadas. Cada fila de la matriz corresponde a una característica individual. </li><li> La primera columna debe contener todos los nombres de los canales utilizados, por ejemplo, C3, C4, etc La segunda columna contiene los contenedores seleccionados para el control. Es posible que introduzca un número de depósito o frecuencia específica, entrar en &quot;6&quot; o &quot;11Hz&quot;, se seleccionará el mismo contenedor, siempre que el parámetro BinWidth es &quot;2 Hz&quot; en la pestaña Fuente. La tercera columna es el canal de salida, el valor &quot;1&quot; corresponde a un movimiento horizontal, y &quot;2&quot; corresponde al movimiento vertical. El C3 canales, CP3, C4, y CP4 se debe establecer en 1 para una tarea de control del cursor horizontal, C3, CP3, C4, CP4, Cz y CPZ se establece en 2 para una tarea de control del cursor vertical. Finalmente, la cuarta columna sostiene el peso característica de, y debe corresponder a la dirección opuesta previsto, por ejemplo, C3 y CP3 deben ser ponderados -1 para mover el cursor a la derecha, y C4 y CP4 deben ser ponderados de 1 a mover hacia la izquierda. Para mover el cursor hacia abajo, Cz y CPZ deben ponderarse 1, y para mover el cursor hacia arriba, C3 y C4 debe ser ponderada -1. </li></ol></li><li> Tareas del movimiento del cursor <ol><li> Ahora que el sistema está configurado con la configuración correcta, es hora de comenzar la tarea experimental. </li><li> El sistema está configurado de modo que uno de los cuatro objetivos que aparecen durante un juicio. El objetivo del tema es para mover el cursor con el objetivo correcto uso de los movimientos imaginado que corresponde a la dirección deseada de movimiento (por ejemplo, la mano derecha para mover el pie derecho, para bajar, etc.) </li><li> Para las primeras pruebas, el cursor está restringido al eje del objetivo. Es decir, si el objetivo está en la parte superior o inferior, essólo es posible mover el cursor hacia arriba o hacia abajo, y si es a la izquierda oa la derecha de la pantalla, el cursor sólo se puede mover hacia la izquierda o la derecha. </li><li> Cuando la carrera comienza, la letra &quot;T&quot; aparece en la pantalla durante 2 segundos. A continuación, uno de los objetivos aparece durante 1 segundo. </li><li> Después de este período de 1 segundo, el cursor aparece en el centro de la pantalla. El tema utiliza los movimientos apropiados imaginado para dirigir el cursor hacia el objetivo. Si el sujeto se da en el blanco, cambia de color. De lo contrario, el tema tiene 5 segundos para alcanzar el objetivo antes de la sesión los tiempos de espera y se cuenta como una falta. </li><li> Después del juicio, hay un 2 segundos entre ensayos intervalo durante el cual el sujeto puede relajarse, abrir y cerrar, tragar, o de lo contrario volver a ajustar posiciones. Durante los ensayos, el movimiento debe mantenerse a un mínimo absoluto para reducir artefactos de movimiento o artefactos musculares. También es beneficioso para sentarse en una habitación con poca luz en una silla cómoda. </li><li> Después de 20 ensayos, BCI2000 entra en un estado de suspensión. Durante este tiempo, puede ser necesario volver a ajustar algunas de las opciones si el sujeto es incapaz de mover el cursor. </li><li> Si después de cuatro carreras el tema es aún no puede mover el cursor volitivamente, puede ser necesario volver a analizar los datos recogidos en la herramienta de Análisis BCI2000 sin conexión. Seleccione los nuevos canales y frecuencias basadas en las parcelas de nueva característica. Puede tomar varias carreras o sesiones de posiblemente varios antes de que un sujeto puede llegar a ser competentes en la tarea. </li></ol></li></ol> Parte 6: Resultados del representante: <ol><li> Las figuras 1 y 2 se muestran los valores R-cuadrado y la topografía del cuero cabelludo para el procedimiento de calibración, lo que indica que los canales y depósitos de frecuencia debe ser seleccionado para el control del cursor. </li><li> Un sujeto entrenado debe ser capaz de mover rápidamente el cursor hacia el destino que se muestra dentro de 1 o 2 segundos. </li></ol><img src="/files/ftp_upload/1319/1319fig1.jpg" alt="Fig. 1" /> Figura 1 A) y B) La topografía de los cambios espectrales en la banda de 10 a 12 Hz durante los movimientos reales e imaginarios con la mano derecha. C) El espectro de potencia de C3 durante el descanso (línea discontinua) y el movimiento (sólido). D) El R-cuadrado de la potencia durante el movimiento en comparación con el resto. <img src="/files/ftp_upload/1319/1319fig2.jpg" alt="Fig. 2" /> Figura 2 El R-cuadrado en todos los canales de imaginar el movimiento de la derecha. El eje X es la frecuencia en dos contenedores Hz de 0 a 70 Hz. El eje y es el número de canal. Los más altos valores R-cuadrado se encuentran en los canales 9, 10, 17, 18 y 19, que cubren el área de la mano contralateral de la corteza motora.

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	<li>Fabiani, G. E., McFarland, D. J., Wolpaw, J. R., Pfurtscheller, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Conversion+of+eeg+activity+into+cursor+movement+by+a+brain-computer+interface+(bci).">Conversion of eeg activity into cursor movement by a brain-computer interface (bci).</a> IEEE transactions on neural systems and rehabilitation engineering. 12 (3), 331-338 (2004).</li><li>Wolpaw, J. R., McFarland, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Control+of+a+two-dimensional+movement+signal+by+a+noninvasive+brain-computer+interface+in+humans.">Control of a two-dimensional movement signal by a noninvasive brain-computer interface in humans.</a> Proc Natl Acad Sci USA. 101 (51), 17849-17854 (2004).</li><li>Schalk, G., McFarland, D. J., Hinterberger, T., Birbaumer, N., Wolpaw, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bci2000:+a+general-purpose+brain-computer+interface+(BCI)+system.">Bci2000: a general-purpose brain-computer interface (BCI) system.</a> IEEE transactions on bio-medical engineering. 51 (6), 1034-1043 (2004).</li></ol>

<ol><li> Es vital que las impedancias de electrodos son bajos, pero que demasiado gel no se usa para bajar la impedancia. Un canal de mal solo puede afectar a todos los demás a través de la referencia común de la media. Si la impedancia no puede ser reducido después de varios intentos, se recomienda que un electrodo de rápida inserción se utiliza, lo que simplemente puede ser insertado en el electrodo mal a través del orificio que se coloca la aguja a través de la inyección del gel, y asegura en su lugar. </li><li> Durante la primera s...

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		<div>
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		<thead>
		<tr>
		<th>Material Name</th>
		<th>Type</th>
		<th>Company</th>
		<th>Catalogue Number</th>
		<th>Comment</th>
		</tr>
		</thead>
		<tbody>
		
<tr>
<td>BCI2000- Compatible Amplifer System</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>g.USBamp</td>
<td>&nbsp;</td>
<td><a href="http://www.gtect.at">http://www.gtect.at</a></td>
</tr>
<tr>
<td>BCI2000- Compatible Amplifer System</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Tucker-Davis Technology</td>
<td>Rx5 or Rx 7</td>
<td><a href="http://www.tdt.com">http://www.tdt.com</a></td>
</tr>
<tr>
<td>EEG cap</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Electro-cap International</td>
<td>&nbsp;</td>
<td><a href="http://www.electro-cap.com">http://www.electro-cap.com</a> At a minimum, the cap should have electrodes over hand and feet areas (C3, C4, and Cz). Additional channels can be used for control (CP3, CP4, CPz) and for spatial filtering as well, which will improve the signal quality.</td>
</tr>
<tr>
<td>Conductive gel</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Electro-cap International</td>
<td>&nbsp;</td>
<td><a href="http://www.electro-cap.com">http://www.electro-cap.com</a></td>
</tr>
<tr>
<td>PC</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Running Windows XP or Vista (at least Pentium 4, 2 GHz, 1 GB RAM)</td>
</tr>
<tr>
<td>Two monitors</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Each at least 19in (one for the subject and one for the researcher)</td>
</tr>		</tbody>
		</table>
		</div>

using an eeg-based brain-computer interface for virtual cursor movement with bci2000

Una interfaz cerebro-ordenador (BCI) funciona mediante la traducción de una señal neural, tales como el electroencefalograma (EEG), en una señal que se puede utilizar para controlar un ordenador u otro dispositivo. La amplitud de las señales de EEG en los contenedores de frecuencia seleccionada se miden y se tradujo en un comando de dispositivo, en este caso la velocidad horizontal y vertical de un cursor de ordenador. En primer lugar, los electrodos de EEG se aplican al cuero cabelludo del usuario s con una tapa para registrar la actividad cerebral. A continuación, un procedimiento de calibración se utiliza para encontrar los electrodos de EEG y las características que el usuario aprende a modular la voluntad de utilizar el BCI. En los seres humanos, el poder de la mu (12/08 Hz) y beta (18-28 Hz) bandas de frecuencia de disminución de la amplitud en un movimiento real o imaginario. Estos cambios pueden ser detectados en el EEG en tiempo real, y se utiliza para controlar una BCI ([1], [2]). Por lo tanto, durante una prueba de detección, el usuario se le pide hacer varios movimientos diferentes imaginado con las manos y los pies para determinar las características únicas del EEG que cambian con el movimiento imaginado. Los resultados de esta calibración se muestran los mejores canales para el uso, que se configuran de modo que los cambios de amplitud en el mu y las bandas de frecuencia beta mover el cursor de forma horizontal o vertical. En este experimento, el propósito general del sistema BCI BCI2000 se utiliza para controlar la adquisición de señales, procesamiento de señales, y la retroalimentación para el usuario [3].

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Using an EEG-Based Brain-Computer Interface for Virtual Cursor Movement with BCI2000

En este vídeo, que muestran los pasos necesarios para realizar una prueba de interfaz cerebro-ordenador, incluyendo la creación de la tapa del EEG, la calibración del sistema, y ​​la capacitación del usuario para mover un cursor en dos dimensiones con movimientos imaginarios.

El uso de un EEG basado en interfaz cerebro-ordenador para el movimiento del cursor virtual con BCI2000

A brain-computer interface (BCI) functions by translating a neural signal, such as the electroencephalogram (EEG), into a signal that can be used to ...

using-an-eeg-based-brain-computer-interface-for-virtual-cursor

Research

JoVE Journal

Biology

17.6K vistas.  University of Wisconsin-Madison. En este vídeo, que muestran los pasos necesarios para realizar una prueba de interfaz cerebro-ordenador, incluyendo la creación de la tapa del EEG, la calibración del sistema, y ​​la capacitación del usuario para mover un cursor en dos dimensiones con movimientos imaginarios.

Video: Using an EEG-Based Brain-Computer Interface for Virtual Cursor Movement with BCI2000

Testing Nicotine Tolerance in Aphids Using an Artificial Diet Experiment

Plants may upregulate the production of many different seconday metabolites in response to insect feeding. One of these metabolites, nicotine, is well know to have insecticidal properties. One response of tobacco plants to herbivory, or being gnawed upon by insects, is to increase the production of this neurotoxic alkaloid. Here, we will demonstrate how to set up an experiment to address this question of whether a tobacco-adapted strain of the green peach aphid, Myzus persicae, can tolerate higher levels of nicotine than the a strain of this insect that does not infest tobacco in the field.

In this video and assay is demonstrated that tests the tolerance of nicotine to two types of aphids one that infests tobacco plants in the field and one that does not.

Prueba de tolerancia a la nicotina en los áfidos El uso de un experimento de una dieta artificial

Plants may upregulate the production of many different seconday metabolites in response to insect feeding. One of these metabolites, nicotine, is well ...

Investigación

Biología

The Structure of Skilled Forelimb Reaching in the Rat: A Movement Rating Scale

Skilled reaching for food is an evolutionary ancient act and is displayed by many animal species, including those in the sister clades of rodents and primates. The video describes a test situation that allows filming of repeated acts of reaching for food by the rat that has been mildly food deprived. A rat is trained to reach through a slot in a holding box for food pellet that it grasps and then places in its mouth for eating. Reaching is accomplished in the main by proximally driven movements of the limb but distal limb movements are used for pronating the paw, grasping the food, and releasing the food into the mouth. Each reach is divided into at least 10 movements of the forelimb and the reaching act is facilitated by postural adjustments. Each of the movements is described and examples of the movements are given from a number of viewing perspectives. By rating each movement element on a 3-point scale, the reach can be quantified. A number of studies have demonstrated that the movement elements are altered by motor system damage, including damage to the motor cortex, basal ganglia, brainstem, and spinal cord. The movements are also altered in neurological conditions that can be modeled in the rat, including Parkinson's disease and Huntington's disease. Thus, the rating scale is useful for quantifying motor impairments and the effectiveness of neural restoration and rehabilitation. Because the reaching act for the rat is very similar to that displayed by humans and nonhuman primates, the scale can be used for comparative purposes. from a number of viewing perspectives. By rating each movement element on a 3-point scale, the reach can be quantified. A number of studies have demonstrated that the movement elements are altered by motor system damage, including damage to the motor cortex, basal ganglia, brainstem, and spinal cord. The movements are also altered in neurological conditions that can be modeled in the rat, including Parkinson's disease and Huntington's disease. Thus, the rating scale is useful for quantifying motor impairments and the effectiveness of neural restoration and rehabilitation.

Experiments on animals were performed in accordance with the guidelines and regulations set forth by the University of Lethbridge Animal Care Committee in accordance with the regulations of the Canadian Council on Animal Care.

The skilled reaching scale divides the movement by a forelimb in a reach for food act into composite elements each of which are evaluated with a three-point scale. The rating scale is described for a normal rat and can be applied toward evaluating neurological motor disorders.

La estructura del Miembro Anterior especializada en llegar a la Rata: una escala de calificación del Movimiento

Skilled reaching for food is an evolutionary ancient act and is displayed by many animal species, including those in the sister clades of rodents and ...

The use of Biofeedback in Clinical Virtual Reality: The INTREPID Project

Generalized anxiety disorder (GAD) is a psychiatric disorder characterized by a constant and unspecific anxiety that interferes with daily-life activities. Its high prevalence in general population and the severe limitations it causes, point out the necessity to find new efficient strategies to treat it. Together with the cognitive-behavioral treatments, relaxation represents a useful approach for the treatment of GAD, but it has the limitation that it is hard to be learned. The INTREPID project is aimed to implement a new instrument to treat anxiety-related disorders and to test its clinical efficacy in reducing anxiety-related symptoms. The innovation of this approach is the combination of virtual reality and biofeedback, so that the first one is directly modified by the output of the second one. In this way, the patient is made aware of his or her reactions through the modification of some features of the VR environment in real time. Using mental exercises the patient learns to control these physiological parameters and using the feedback provided by the virtual environment is able to gauge his or her success. The supplemental use of portable devices, such as PDA or smart-phones, allows the patient to perform at home, individually and autonomously, the same exercises experienced in therapist's office. The goal is to anchor the learned protocol in a real life context, so enhancing the patients' ability to deal with their symptoms. The expected result is a better and faster learning of relaxation techniques, and thus an increased effectiveness of the treatment if compared with traditional clinical protocols.

The Project on Virtual Reality Intelligent Multi-sensor System for the Treatment of Anxiety-related Disorders (INTREPID) is aimed at developing a multi-sensor context-aware virtual reality system for the treatment of anxiety-related disorders.

El uso de la biorretroalimentación en Realidad Virtual Clínica: El Proyecto de INTREPID

Generalized anxiety disorder (GAD) is a psychiatric disorder characterized by a constant and unspecific anxiety that interferes with daily-life ...

Measuring the Bending Stiffness of Bacterial Cells Using an Optical Trap

We developed a protocol to measure the bending rigidity of filamentous rod-shaped bacteria. Forces are applied with an optical trap, a microscopic three-dimensional spring made of light that is formed when a high-intensity laser beam is focused to a very small spot by a microscope's objective lens. To bend a cell, we first bind live bacteria to a chemically-treated coverslip. As these cells grow, the middle of the cells remains bound to the coverslip but the growing ends are free of this restraint. By inducing filamentous growth with the drug cephalexin, we are able to identify cells in which one end of the cell was stuck to the surface while the other end remained unattached and susceptible to bending forces. A bending force is then applied with an optical trap by binding a polylysine-coated bead to the tip of a growing cell. Both the force and the displacement of the bead are recorded and the bending stiffness of the cell is the slope of this relationship.

We present a protocol for bending filamentous bacterial cells attached to a cover-slip surface with an optical trap to measure the cellular bending stiffness.

La medición de la resistencia a la flexión de las células bacterianas usando una trampa óptica

We developed a protocol to measure the bending rigidity of filamentous rod-shaped bacteria. Forces are applied with an optical trap, a microscopic ...

Culturing of Human Nasal Epithelial Cells at the Air Liquid Interface

In vitro models using human primary epithelial cells are essential in understanding key functions of the respiratory epithelium in the context of microbial infections or inhaled agents. Direct comparisons of cells obtained from diseased populations allow us to characterize different phenotypes and dissect the underlying mechanisms mediating changes in epithelial cell function. Culturing epithelial cells from the human tracheobronchial region has been well documented, but is limited by the availability of human lung tissue or invasiveness associated with obtaining the bronchial brushes biopsies. Nasal epithelial cells are obtained through much less invasive superficial nasal scrape biopsies and subjects can be biopsied multiple times with no significant side effects. Additionally, the nose is the entry point to the respiratory system and therefore one of the first sites to be exposed to any kind of air-borne stressor, such as microbial agents, pollutants, or allergens. 
Briefly, nasal epithelial cells obtained from human volunteers are expanded on coated tissue culture plates, and then transferred onto cell culture inserts. Upon reaching confluency, cells continue to be cultured at the air-liquid interface (ALI), for several weeks, which creates more physiologically relevant conditions. The ALI culture condition uses defined media leading to a differentiated epithelium that exhibits morphological and functional characteristics similar to the human nasal epithelium, with both ciliated and mucus producing cells. Tissue culture inserts with differentiated nasal epithelial cells can be manipulated in a variety of ways depending on the research questions (treatment with pharmacological agents, transduction with lentiviral vectors, exposure to gases, or infection with microbial agents) and analyzed for numerous different endpoints ranging from cellular and molecular pathways, functional changes, morphology, etc. 
In vitro models of differentiated human nasal epithelial cells will enable investigators to address novel and important research questions by using organotypic experimental models that largely mimic the nasal epithelium in vivo.

Nasal epithelial cells, obtained through superficial scrape biopsy of human volunteers, are expanded and transferred onto tissue culture inserts. Upon reaching confluency, cells are grown at air liquid interface, yielding cultures of ciliated and non-ciliated cells. Differentiated nasal epithelial cell cultures provide viable experimental models for studying the respiratory mucosa.

El cultivo de células humanas epiteliales nasales en la interfase aire líquido

In vitro models using human primary  epithelial cells are essential in understanding key functions of the respiratory  epithelium in the context of ...

Nanopodia - Thin, Fragile Membrane Projections with Roles in Cell Movement and Intercellular Interactions

Adherent cells in culture maintain a polarized state to support movement and intercellular interactions. Nanopodia are thin, elongated, largely F-actin-negative membrane projections in endothelial and cancer cells that can be visualized through TM4SF1 (Transmembrane-4-L-six-family-1) immunofluorescence staining. TM4SF1 clusters in 100-300 &#956;m diameter TMED (TM4SF1 enriched microdomains) containing 3 to as many as 14 individual TM4SF1 molecules. TMED are arranged intermittently along nanopodia at a regular spacing of 1 to 3 TMED per &#956;m and firmly anchor nanopodia to matrix. This enables nanopodia to extend more than 100 &#956;m from the leading front or trailing rear of polarized endothelial or tumor cells, and causes membrane residues to be left behind on matrix when the cell moves away. TMED and nanopodia have been overlooked because of their extreme fragility and sensitivity to temperature. Routine washing and fixation disrupt the structure. Nanopodia are preserved by direct fixation in paraformaldehyde (PFA) at 37 &#176;C, followed by brief exposure to 0.01% Triton X-100 before staining. Nanopodia open new vistas in cell biology: they promise to reshape our understanding of how cells sense their environment, detect and identify other cells at a distance, initiate intercellular interactions at close contact, and of the signaling mechanisms involved in movement, proliferation, and cell-cell communications. The methods that are developed for studying TM4SF1-derived nanopodia may be useful for studies of nanopodia that form in other cell types through the agency of classic tetraspanins, notably the ubiquitously expressed CD9, CD81, and CD151.

Nanopodia are thin but fragile membrane channels that extend up to 100 &#956;m from a cell's leading front or trailing rear and sense the cellular environment. Direct fixation at 37 &#176;C, gentle washing, and avoidance of organic solvents like ethanol, methanol, or acetone and of higher Triton X-100 concentrations are required to observe these cellular structures.

Nanopodia - Proyecciones membrana delgada y frágil con papeles en Movimiento Celular y intercelulares Interacciones

Adherent cells in culture maintain a polarized state to support movement and intercellular interactions. Nanopodia are thin, elongated, largely ...

An Alternative Approach for Sample Preparation with Low Cell Number for TEM Analysis

Transmission electron microscopy (TEM) provides details of the cellular organization and ultrastructure. However, TEM analysis of rare cell populations, especially cells in suspension such as hematopoietic stem cells (HSCs), remains limited due to the requirement of a high cell number during sample preparation. There are a few cytospin or monolayer approaches for TEM analysis from scarce samples, but these approaches fail to get significant quantitative data from the limited number of cells. Here, an alternative and novel approach for sample preparation in TEM studies is described for rare cell populations that enables quantitative analysis.
A relatively low cell number, i.e., 10,000 HSCs, was successfully used for TEM analysis compared to the millions of cells typically used for TEM studies. In particular, Evans blue staining was performed after paraformaldehyde-glutaraldehyde (PFA-GA) fixation to visualize the tiny cell pellet, which facilitated embedding in agarose. Clusters of numerous cells were observed in ultra-thin sections. The cells had a well preserved morphology, and the ultra-structural details of the Golgi complex and several mitochondria were visible. This efficient, easy and reproducible protocol allows sample preparation from a low cell number and can be used for qualitative and quantitative TEM analysis on rare cell populations from limited biological samples.

Here, we present a protocol to prepare samples with low cell numbers for transmission electron microscopy (TEM) analysis.

Un enfoque alternativo para la preparación de muestras con bajo número de celular para el análisis TEM

Transmission electron microscopy (TEM) provides details of the cellular organization and ultrastructure. However, TEM analysis of rare cell populations, ...

Visualization of 3D White Adipose Tissue Structure Using Whole-mount Staining

Adipose tissue is an important metabolic organ with high plasticity and is responsive to environmental stimuli and nutrient status. As such, various techniques have been developed to study the morphology and biology of adipose tissue. However, conventional visualization methods are limited to studying the tissue in 2D sections, failing to capture the 3D architecture of the whole organ. Here we present whole-mount staining, an immunohistochemistry method that preserves intact adipose tissue morphology with minimal processing steps. Hence, the structures of adipocytes and other cellular components are maintained without distortion, achieving the most representative 3D visualization of the tissue. In addition, whole-mount staining can be combined with lineage tracing methods to determine cell fate decisions. However, this technique has some limitations to providing accurate information regarding deeper parts of adipose tissue. To overcome this limitation, whole-mount staining can be further combined with tissue clearing techniques to remove the opaqueness of tissue and allow for complete visualization of entire adipose tissue anatomy using light-sheet fluorescent microscopy. Therefore, a higher resolution and more accurate representation of adipose tissue structures can be captured with the combination of these techniques.

The focus of the present study is to demonstrate the whole-mount immunostaining and visualization technique as an ideal method for 3D imaging of adipose tissue architecture and cellular component.

Visualización de estructura del tejido adiposo blanco 3D utilizando tinción de Whole-mount

Adipose tissue is an important metabolic organ with high plasticity and is responsive to environmental stimuli and nutrient status. As such, various ...

An Air-liquid Interface Bronchial Epithelial Model for Realistic, Repeated Inhalation Exposure to Airborne Particles for Toxicity Testing

For toxicity testing of airborne particles, air-liquid interface (ALI) exposure systems have been developed for in vitro tests in order to mimic realistic exposure conditions. This puts specific demands on the cell culture models. Many cell types are negatively affected by exposure to air (e.g., drying out) and only remain viable for a few days. This limits the exposure conditions that can be used in these models: usually relatively high concentrations are applied as a cloud (i.e., droplets containing particles, which settle down rapidly) within a short period of time. Such experimental conditions do not reflect realistic long-term exposure to low concentrations of particles. To overcome these limitations the use of a human bronchial epithelial cell line, Calu-3 was investigated. These cells can be cultured at ALI conditions for several weeks while retaining a healthy morphology and a stable monolayer with tight junctions. In addition, this bronchial model is suitable for testing the effects of repeated exposures to low, realistic concentrations of airborne particles using an ALI exposure system. This system uses a continuous airflow in contrast to other ALI exposure systems that use a single nebulization producing a cloud. Therefore, the continuous flow system is suitable for repeated and prolonged exposure to airborne particles while continuously monitoring the particle characteristics, exposure concentration, and delivered dose. Taken together, this bronchial model, in combination with the continuous flow exposure system, is able to mimic realistic, repeated inhalation exposure conditions that can be used for toxicity testing.

Described is the cell culture and exposure method of an in vitro bronchial model for realistic, repeated inhalation exposure to particles for toxicity testing.

Un modelo epitelial bronquial de interfaz aire-líquido para la exposición realista y repetida por inhalación a partículas en el aire para pruebas de toxicidad

For toxicity testing of airborne particles, air-liquid interface (ALI) exposure systems have been developed for in vitro tests in order to mimic realistic ...

Collection of Skeletal Muscle Biopsies from the Superior Compartment of Human Musculus Tibialis Anterior for Mechanical Evaluation

The mechanical properties of contracting skeletal fibers are crucial indicators of overall muscle health, function, and performance. Human skeletal muscle biopsies are often collected for these endeavors. However, relatively few technical descriptions of biopsy procedures, outside of the commonly used musculus vastus lateralis, are available. Although the biopsy techniques are often adjusted to accommodate the characteristics of each muscle under study, few technical reports share these changes to the greater community. Thus, muscle tissue from human participants is often wasted as the operator reinvents the wheel. Expanding the available material on biopsies from a variety of muscles can reduce the incident of failed biopsies. This technical report describes a variation of the modified Bergstr&#246;m technique on the musculus tibialis anterior that limits fiber damage and provides fiber lengths adequate for mechanical evaluation. The surgery is an outpatient procedure that can be completed in an hour. The recovery period for this procedure is immediate for light activity (i.e., walking), up to three days for the resumption of normal physical activity, and about one week for wound care. The extracted tissue can be used for mechanical force experiments and here we present representative activation data. This protocol is appropriate for most collection purposes, potentially adaptable to other skeletal muscles, and may be improved by modifications to the collection needle.

This technical report describes a variation of the modified Bergstr&#246;m technique for the biopsy of the musculus tibialis anterior that limits fiber damage.

Colección de biopsias de músculo esquelético del Compartimiento Superior del Musculus Humano Tibialis Anterior para la Evaluación Mecánica

The mechanical properties of contracting skeletal fibers are crucial indicators of overall muscle health, function, and performance. Human skeletal muscle ...