NIH NIBIB RO1: 1R01EB009103-01 Programa de Formação Clínica Neuroengenharia (1 DK070079 T90-01) Wallace H Coulter Foundation NIH Prêmio Ciência Institucional Clínica e Translacional NIH / NCRR 1KL2RR025012-01 Wisconsin Alumni Research Foundation

Procedimento Experimental <ol><li> Ligar o Eletrodos EEG <ol><li> Eletrodos será anexado ao couro cabeludo usando uma touca de EEG, o que simplifica o processo de assegurar que os eletrodos estão no local apropriado no couro cabeludo, conforme especificado pelo sistema internacional 10-20. </li><li> Para colocar a tampa, marca o vértice no couro cabeludo do sujeito usando uma caneta com ponta de feltro ou algum outro método similar. Para isso, começar por localizar o násio e ínion sobre o assunto. Utilizando uma fita métrica, encontrar a distância entre estes dois locais. O ponto médio entre os dois pontos, ou 50% da distância, é o vértice. Faça uma marca nesse ponto para referência posterior. Outros 10-20 pontos podem ser localizados em uma maneira similar. </li><li> Encontre o eletrodo Cz na tampa e posicione-o no vértice. Mantendo fixos Cz, deslizamento da tampa sobre a cabeça. Garantir que os eletrodos Fz, Cz e Pz estão na linha média do couro cabeludo, e que os eletrodos O1-O2 são horizontais e com nível de Oz, e que Fp1-Fp2 são de nível com Fpz. </li><li> Agora conecte o eletrodo de referência, que normalmente prende a um lóbulo da orelha. </li><li> Em seguida, os eletrodos são preenchidos com um gel condutor para que os eletrodos fazer um contato de baixa impedância com o couro cabeludo. Para isso, uma pequena seringa com uma agulha de ponta romba é preenchido com o gel. Além disso, pode ser útil para ver os traços EEG na tela do computador enquanto o gel está sendo aplicado para determinar se a conexão é boa. </li><li> Inserir a agulha em um eletrodo, e gentilmente abrade o couro cabeludo com a agulha para remover toda a pele morta. Preencha o eletrodo com uma pequena quantidade de gel, tomando cuidado para não encha demais. Começar com o eletrodo de referência da orelha, e repetir para todos os eletrodos, incluindo o chão. </li><li> Verifique as impedâncias para todos os canais, que deverão todos ser inferior a 5 kW. Este método vai variar dependendo do sistema amplificador especial a ser utilizado, mas deve ser possível verificar a impedância seja através de hardware ou através BCI2000. </li><li> Se um eletrodo é mais de 5 kW, inserir a agulha de novo, e abrasão do couro cabeludo um pouco mais. Não deve ser necessário injectar mais gel, menos que não haja diminuição na impedância. </li></ol></li><li> Obtenção de recursos de calibração EEG <ol><li> No início de uma sessão, especialmente a primeira vez que um assunto está sendo testada, é útil para determinar as características do EEG que pode ser usado para controlar um BCI. Isso ocorre porque, embora as propriedades básicas do Mu e Beta ritmos EEG são as mesmas para todas as pessoas, estas características irão variar de pessoa para pessoa e, portanto, precisam ser calibrados antes de qualquer outros experimentos. </li><li> Na sessão de calibração, o sujeito é instruído a imaginar diferentes movimentos que envolvam as mãos ou pés em resposta a estímulos visuais apresentados no monitor. Para começar, o sistema de computador deve ser configurado para o modo dual-monitor, de modo que exibir o pesquisador contém o software de controle, e segundo monitor exibe a saída experimental. </li><li> Iniciar BCI2000 do BCI2000Launcher selecionando o módulo amplificador de fonte, o módulo ARSignalProcessing, e módulo StimulusPresentation. Neste exemplo, estamos usando o módulo gUSBampSource, que controla o amplificador g.USBamp. </li><li> Adicionar os arquivos de parâmetro para o seu assunto, o amplificador, e as tarefas de triagem motor. Estes devem ser configurados antes do tempo, de modo que eles podem simplesmente ser carregado, ea experiência pode começar. </li><li> Uma vez que os arquivos de parâmetro foi adicionado à lista de arquivos em BCI2000Launcher, pressione o botão Iniciar. Se tudo funcionou corretamente, BCI2000 deve começar, um traço dos dados EEG deve aparecer, e monitorar o sujeito deve estar em branco antes do início do experimento. </li><li> Durante a sessão, a tela será ou em branco, ou exibir uma instrução, como &quot;Mão Direita&quot;, &quot;Left Hand&quot;, &quot;Both Hands&quot;, ou A instrução será exibido na tela por 3s &quot;ambos os pés.&quot;; Durante Neste momento, o assunto deve continuamente imaginar o movimento. Os movimentos da mão deve estar abrindo e fechando as mãos (por exemplo, como apertar uma bola de tênis), eo movimento do pé deve estar movendo o pé e para trás (por exemplo, como pressionar em um pedal de gás com ambos os pés). Quando a tela estiver em branco, o corpo deve ser completamente relaxado. </li><li> Durante uma corrida, cada parte do corpo é repetido 20 vezes. Idealmente, deveria haver 100 pontos de dados, o que significa que deve haver um total de 5 é executado. Com várias sessões, corre menos são necessárias, uma vez que o sujeito é capaz de executar a tarefa imaginado melhor. </li></ol></li><li> Analisando as características EEG <ol><li> , A fim de determinar quais as características do EEG sujeito é capaz de modular voluntariamente, a fim de controlar o BCI, os dados de calibração é analisada offline usando a ferramenta de análise BCI2000 Offline, incluído com BCI2000. Esta ferramenta converte os dados coletados em freqüência de domínio femaquetes, que apresenta as freqüências e locais que mudou durante os movimentos diferentes, e são correlacionados com o máximo de tarefas. Esses recursos podem ser usados ​​em um experimento BCI. </li><li> Para determinar quais recursos devem ser utilizados, inicie a ferramenta de análise BCI2000 Offline. BCI2000 inclui um tutorial extenso para utilizar a ferramenta de análise, que deve ser consultado para mais informações. </li><li> Determinar quais as características EEG estão fortemente correlacionadas com cada movimento, encontrando o r-quadrado grandes valores nas parcelas produzido a partir da ferramenta de análise. Os canais e caixas de freqüência com o maior r-squared valores (por exemplo, maior do que 0,2) pode, então, ser selecionado como um componente de sinal de controle para uma determinada direção. Por exemplo, os recursos que a mudança para a condição mão direita deve ser configurado para mover o cursor para o lado direito da tela. </li><li> Também é importante lembrar que o Mu / ritmos Beta diminuição da amplitude com um movimento associado. Assim, a fim de mover o cursor para a direita, o positivo direção x, este recurso deve ter um peso negativo associado a ele. </li><li> Os canais e freqüências escolhido deve ser consistente com propriedades conhecidas de ritmos cortical sensório-motor. Isto é, mudanças significativas correspondente com o movimento da mão direita imaginado deve ser visto sobre o contralateral (esquerdo) do córtex motor, perto de C3 e CP3 e centrado perto 12/08 Hz e / ou 18-28 Hz. Da mesma forma, os movimentos da mão esquerda deve resultar em mudanças ao longo do córtex motor direito no C4 e CP4 eletrodos, e os movimentos do pé deve aparecer mais de Cz e CPZ. Se esses locais e os valores são diferentes, então é provável que alguns outros ruídos ou efeito aleatório foi medido, e não deve ser configurado como um recurso de controle. </li><li> Para cada condição, os quatro maiores r-squared valores devem ser escolhidos em termos de número de canal e número bin. As freqüências são dispostas em duas caixas Hz, portanto, um recurso com uma alta r-squared 10-12 Hz iria aparecer em bin 6. Com estes valores em mãos, o sistema pode ser configurado para a tarefa de controle do cursor. </li></ol></li><li> Configuração da Sessão online Comentarios <ol><li> Configure a sessão de movimento do cursor no Inicializador BCI2000. </li><li> Antes de iniciar o experimento, vários parâmetros precisam ser configurados. Primeiro, o filtro espacial deve ser configurado com uma referência comum da média. Para fazer isso, pressione configuração na operadora BCI2000 para abrir a lista de configurações e pressione o guia Filtering. </li><li> Ir para SpatialFiltering, e altere a caixa drop-down SpatialFilterType para que ela diz &quot;Referência Common-médio (CAR).&quot; </li><li> Sob SpatialFilter saída RCA, lista os nomes de canal ou números selecionados na sessão de calibração. Por exemplo, você pode digitar &quot;CP3 C3 C4 CP4 Cz CPZ&quot; (sem as aspas), e BCI2000 saberá quais os canais de usar (desde que os rótulos de canal são listadas sob o &quot;Nomes Channel&quot; campo na guia Source). </li><li> Em seguida, a matriz de classificação deve ser configurado para usar os recursos selecionados. Sob a guia de filtragem, ir para o parâmetro de classificação e Matrix pressione Editar. </li><li> O número de colunas deve ser ajustado para 4, e o número de linhas deve ser igual ao número total de recursos selecionados. Cada linha da matriz corresponde a uma característica individual. </li><li> A primeira coluna deve conter todos os nomes de canal a ser utilizado, por exemplo, C3, C4, etc A segunda coluna contém as caixas de selecção para controlo. É possível inserir o número de uma caixa ou freqüência específica; entrar &quot;6&quot; ou &quot;11Hz&quot; irá selecionar o bin mesma, desde que o parâmetro BinWidth é &quot;2 Hz&quot; na aba Fonte. A terceira coluna é o canal de saída, um valor de &quot;1&quot; corresponde ao movimento horizontal, e &quot;2&quot; corresponde ao movimento vertical. O C3 canais, CP3, C4, e CP4 deve ser definido como 1 para uma tarefa de controle do cursor horizontal; C3, CP3, C4, CP4, Cz e CPZ deve ser definido como 2 para uma tarefa verticais de controle do cursor. Finalmente, a quarta coluna tem o peso recurso, e deve corresponder ao sentido oposto pretendido, por exemplo, C3 e CP3 deve ser ponderada -1 para mover o cursor para a direita, e C4 e CP4 deve ser ponderada uma para mover para a esquerda. Para mover o cursor para baixo, Cz e CPZ deve ser ponderada uma, e para mover o cursor para cima, C3 e C4 deve ser ponderada -1. </li></ol></li><li> Tarefa movimento do cursor <ol><li> Agora que o sistema está configurado com as configurações corretas, é hora de iniciar a tarefa experimental. </li><li> O sistema é configurado para que um dos quatro alvos aparecerá durante um julgamento. Objetivo do sujeito é mover o cursor para o alvo correto usando movimentos imaginados correspondente à direção desejada de movimento (por exemplo, mão-direita para mover para a direita, os pés para mover para baixo, etc). </li><li> Para os primeiros testes, o cursor é restrito ao eixo do alvo. Ou seja, se o alvo é a parte superior ou inferior, ésó é possível para mover o cursor para cima ou para baixo, e se é à esquerda ou à direita da tela, o cursor só pode ser movido para a esquerda ou direita. </li><li> Quando a execução é iniciado, a letra &quot;T&quot; aparece na tela por 2 segundos. Em seguida, um dos alvos aparece por 1 segundo. </li><li> Após este período de 1 segundo, o cursor aparece no meio da tela. O sujeito usa os movimentos apropriados imaginado para dirigir o cursor para o alvo. Se o sujeito atinge o alvo, ele muda de cor. Caso contrário, o sujeito tem 5 segundos para atingir o alvo antes da sessão vezes-out e é contado como uma falta. </li><li> Após o julgamento, há um intervalo de duas inter-segundo julgamento durante o qual o sujeito pode relaxar, piscar, engolir, ou re-ajustar posições. Durante os ensaios, o movimento deve ser mantida a um mínimo absoluto para reduzir artefatos de movimento ou artefatos musculares. É também benéfico para sentar em uma sala mal iluminada em uma cadeira confortável. </li><li> Após 20 provas, BCI2000 entra em um estado suspenso. Durante este tempo, pode ser necessário voltar a ajustar algumas das configurações, se o sujeito é incapaz de mover o cursor. </li><li> Se depois de quatro corridas o assunto ainda é incapaz de volitivamente mover o cursor, pode ser necessário re-analisar os dados coletados na ferramenta de Análise BCI2000 Offline. Selecione os novos canais e freqüências com base nas parcelas novo recurso. Pode levar várias corridas ou sessões possivelmente vários diante de um assunto pode se tornar proficientes na tarefa. </li></ol></li></ol> Parte 6: Resultados Representante: <ol><li> Figuras 1 e 2 mostram os valores de r-squared e topografia do couro cabeludo para o procedimento de calibração, indicando quais os canais e caixas de freqüência deve ser selecionado para controle de cursor. </li><li> Um sujeito treinado deve ser capaz de rapidamente mover o cursor para o alvo mostrado dentro de 1 ou 2 segundos. </li></ol><img src="/files/ftp_upload/1319/1319fig1.jpg" alt="Fig. 1" /> Figura 1 A) e B) Topografia das mudanças espectrais na banda 10-12 Hz durante os movimentos reais e imaginários com a mão direita. C) O espectro de energia no C3 durante o repouso (tracejada) e movimento (sólido). D) O r-quadrado do poder durante o movimento em relação ao resto. <img src="/files/ftp_upload/1319/1319fig2.jpg" alt="Fig. 2" /> Figura 2 O r-quadrado em todos os canais para o movimento da mão direita imaginado. O eixo x é a freqüência em duas caixas Hz 0-70 Hz. O eixo y é o número do canal. O mais alto r-squared valores são encontrados nos canais 9, 10, 17, 18 e 19, que cobrem a área mão contralateral do córtex motor.

<ol>
	<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> É vital que as impedâncias eletrodo são baixos, mas que o gel não foi muito utilizado para reduzir a impedância. Um único canal ruim pode afetar todos os outros através da referência comum da média. Se a impedância não pode ser reduzida depois de várias tentativas, recomenda-se que um eletrodo de rápida inserção ser usado, que pode ser simplesmente inserido no eletrodo ruim pelo buraco que a agulha é colocada através de injetar o gel, e gravado no local. </li><li> Durante a primeira sessão, o sujeito pode ter dificuld...

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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

Uma interface cérebro-computador (BCI) funções, traduzindo um sinal neural, tais como o eletroencefalograma (EEG), em um sinal que pode ser usado para controlar um computador ou outro dispositivo. A amplitude dos sinais de EEG em caixas freqüência selecionada são medidos e convertidos em um comando de dispositivo, neste caso, a velocidade horizontal e vertical de um cursor de computador. Primeiro, os eletrodos de EEG são aplicados ao couro cabeludo que o usuário está usando um boné para registrar a atividade cerebral. Em seguida, um procedimento de calibração é usado para localizar os eletrodos de EEG e funcionalidades que o usuário irá aprender a modular voluntariamente para usar o BCI. Em humanos, o poder no mu (12/08 Hz) e beta (18-28 Hz) bandas de frequência diminuição da amplitude durante um movimento real ou imaginado. Essas alterações podem ser detectadas no EEG em tempo real, e usado para controlar um BCI ([1], [2]). Portanto, durante um teste de triagem, o usuário é convidado a fazer vários movimentos diferentes imaginado com as mãos e os pés para determinar as características únicas EEG que mudam com os movimentos imaginados. Os resultados desta calibração irá mostrar os melhores canais para uso, que são configurados para que mudanças na amplitude mu e bandas de freqüência beta mover o cursor horizontalmente ou verticalmente. Neste experimento, o uso geral do sistema BCI BCI2000 é usado para controlar a aquisição de sinal, processamento de sinal, e feedback para o usuário [3].

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

Neste vídeo, demonstramos os passos necessários para executar um experimento de interface cérebro-computador, incluindo a configuração da tampa EEG, calibrar o sistema e treinamento do usuário para mover um cursor em duas dimensões usando movimentos imaginados.

Usando um EEG-Based Interface Cérebro-Computador para Movimento do Cursor Virtual com 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 visualizações.  University of Wisconsin-Madison. Neste vídeo, demonstramos os passos necessários para executar um experimento de interface cérebro-computador, incluindo a configuração da tampa EEG, calibrar o sistema e treinamento do usuário para mover um cursor em duas dimensões usando movimentos imaginados.

Vídeo: 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.

Teste de tolerância à nicotina em Aphids Usando uma experiência Dieta Artificial

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

Biologia

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.

A Estrutura do Membro Anterior Skilled Chegar no Rato: A Escala de Avaliação Movimento

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.

O uso de Biofeedback na Clínica de Realidade Virtual: O Projeto 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.

Medir a rigidez à flexão de células bacterianas Usando uma armadilha 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.

A cultura de células epiteliais nasais Humano na interface ar 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 - finas, Projeções frágil membrana com papéis em Movimento Celular e intercelulares Interações

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.

Uma abordagem alternativa para preparação de amostras com baixo número de celular de Análise 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.

Visualização da estrutura 3D tecido adiposo branco usando a coloração de toda a montagem

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.

Um modelo epitelial de interface ar-líquido para exposição de inalação realista e repetida a partículas aéreas para testes de toxicidade

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.

Coleta de Biópsias Musculares Esqueléticas do Compartimento Superior do Musculus Tibialis Anterior para Avaliação Mecânica

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