Comprendre le comportement du système visuel rétino-thalamo-cortico-colliculaire (i.e. précoce) dans une situation d'images naturelles est d'une importance capitale pour comprendre ce qui se passe ensuite dans le cerveau. Pour comprendre ces comportements, les neurobiologistes ont étudié les voies standard, Parvocellulaires et Magnocellulaires, depuis des décennies. Cependant, il y a aussi la voie non-standard, ou Koniocellulaire, qui joue un rôle modulateur important dans les traitements local, global, et entremêlé, pour atteindre de tels comportements. Particulièrement, l'analyse standard du mouvement réalisée par la voie Magno est alternée avec des réactions rapides, comme la fuite ou l'approche à des mouvements spécifiques, qui sont pré-câblés dans la voie Konio. De plus, l'étude d'une tâche de fixation dans une situation réelle, par exemple quand un prédateur s'approche lentement de sa proie, implique non seulement un mécanisme de mouvement, mais nécessite également l'utilisation de la voie Parvo, qui analyse, au moins, le contraste de l'image. Ici, nous étudions dans un modèle neuronal de calcul bio-inspiré comment ces voies peuvent être modélisées avec un ensemble minimal de paramètres, afin de fournir des résultats numériques robustes lors d'une tâche réelle. Ce modèle repose sur une étude approfondie pour intégrer des éléments biologiques dans l'architecture des circuits, les constantes de temps et les caractéristiques de fonctionnement des neurones. Nos résultats montrent que notre modèle, bien que fonctionnant via des calculs locaux, montre globalement un bon comportement de réseau en termes d'espace et de temps, et permet d'analyser et de proposer des interprétations de l'interaction entre le thalamus et le cortex. À une échelle plus macroscopique, les comportements du modèle sont reproductibles et peuvent être qualitativement comparés à des mesures de fixation oculaire chez l'homme. Cela est également vrai lorsque l'on utilise des images naturelles, où quelques paramètres sont légèrement modifiés, en gardant des résultats qualitativement humains. Les résultats de robustesse montrent que les valeurs précises des paramètres ne sont pas critiques, mais leur ordre de grandeur l'est. Une instabilité numérique ne se produit qu'après une variation de 100% d'un paramètre. Nous pouvons donc conclure que cette approche systémique est capable de représenter les changements de l'attention en utilisant des images naturelles, tout en étant algorithmiquement robuste. Cette étude nous donne ainsi une interprétation possible sur le rôle de la voie Konio, tandis qu'en même temps elle nous permet de participer au débat sur les low et high-roads des flux attentionnel et émotionnel. Néanmoins, d'autres informations, comme la couleur, sont également présentes dans le système visuel précoce, et pourraient être prises en considération, ainsi que des mécanismes corticaux plus complexes, dans les perspectives de ce travail / Understanding the behavior of the retino-thalamo-cortico-collicular (i.e. early) visual system in a natural images situation is of utmost importance to understand what further happens in the brain. To understand these behaviors, neuroscientists have looked at the standard Parvocellular and Magnocellular pathways for decades. However, there is also the non-standard Koniocellular pathway, which plays an important modulating role in the local, global, and intermingled processing carried out to achieve such behaviors. Particularly, the standard motion analysis carried out by the Magno pathway is alternated with rapid reactions, like fleeing or approaching to specific motions, which are hard-wired in the Konio pathway. In addition, studying a fixation task in a real situation, e.g., when a predator slowly approaches its prey, not only involves a motion mechanism, but also requires the use of the Parvo pathway, analyzing, at least, the image contrast. Here, we study in a bio-inspired computational neural model how these pathways can be modeled with a minimal set of parameters, in order to provide robust numerical results when doing a real task. This model is based upon an important study to integrate biological elements about the architecture of the circuits, the time constants and the operating characteristics of the different neurons. Our results show that our model, despite operating via local computations, globally shows a good network behavior in terms of space and time, and allows to analyze and propose interpretations to the interplay between thalamus and cortex. At a more macroscopic scale, the behaviors emerging from the model are reproducible and can be qualitatively compared to human-made fixation measurements. This is also true when using natural images, where just a few parameters are slightly modified, keeping the qualitatively human-like results. Robustness results show that the precise values of the parameters are not critical, but their order of magnitude matters. Numerical instability occurs only after a 100% variation of a parameter. We thus can conclude that such a reduced systemic approach is able to represent attentional shifts using natural images, while also being algorithmically robust. This study gives us as well a possible interpretation about the role of the Konio pathway, while at the same time allowing us to participate in the debate between low and high-roads in the attentional and emotional streams. Nevertheless, other information, such as color, is also present in the early visual system, and should be addressed together with more complex cortical mechanisms in a sequel of this work

Neurônios do córtex visual primário (V1) são seletivos à orientação, direção e freqüência espacial de estímulos apresentados em seus campos receptivos. Os últimos 40 anos acumularam uma quantidade considerável de teorias e dados sobre o processamento cortical de seletividade. Apesar disso, um consenso sobre os mecanismos que geram preferência a orientação, uma das características mais marcantes do processamento visual inicial, ainda está longe de ser atingido. Este cenário torna-se ainda mais interessante quando se considera evidências recentes de plasticidade operando em diferentes escalas temporais em estágios iniciais como V1, que resultam em uma organização dinâmica da seletividade à orientação que se pensava rígida e inflexível no córtex adulto até então. Neste trabalho, descreve-se a construção de um modelo neuronal do córtex visual de primatas composto de 6 camadas corticais representando o canal M de processamento visual. As características fisiológicas e neuroanatômicas do modelo foram derivadas a partir de dados experimentais do sistema visual de primatas. Na primeira parte deste trabalho, o perfil de seletividade à orientação do modelo é apresentado e comparado com resultados experimentais. Os neurônios modelados apresentaram diversidade em seus padrões de seletividade a orientação consistente com dados experimentais (medidos com ISO, VC, MBA). Esta diversidade reflete a heterogeneidade de classes eletrofisiológicas presente no modelo e os diferentes padrões de circuitaria laminar. Na segunda parte examina-se o papel de plasticidade de curto termo na circuitaria intracortical na alteração dinâmica dos perfis de seletividade orientação. Depressão e deslocamento da resposta na vizinhança da orientação preferida foram observados mas não aumento em pontos distantes. Os neurônios simulados apresentaram alguma diversidade nos perfis de plasticidade de curto prazo restrita a camadas com com alta densidade de células com disparo em rajada. / V1 neurons are selective for the orientation, direction and spatial frequency of stimuli presented at their receptive fields. The last 40 years have witnessed the accumulation of a considerable amount of theory and data about the cortical processing of feature selectivity. Yet the mechanisms that underly orientation preference, one of the most conspicuous features of early visual cortical processing, remain far from reaching a consensus. This landscape gets even richer with the recent recognition of different time scales of plasticity operating as early as V1 resulting in a dynamic organization of orientation selectivity previously thought to be rigid and unmodifiable in the adult cortex. In this work we present a spiking neuron model of the primate primary visual cortex composed of 6 cortical layers, representing the M channel of visual processing. The physiological and architectural properties of the model were derived from experimental data for the primate visual pathway. In the first part we present the orientation selectivity profile of the model and discuss its relationship to experimental reports. Neurons have shown a diversity of orientation selectivity dependent responses consistent with data (measured with OSI, CV, HWB). This diversity is thought to reflect the electrophysiological heterogeneity of model cortical cells and the different patterns of laminar circuitry. In the second part of this study we examine the role of shortterm plasticity of the intracortical circuitry in the dynamic modification of orientation selectivity profiles. Depression and shift around preferred orientation but not enhancement at the far flank of the tuning curves are observed. Simulated neurons have also shown some diversity in short-term plasticity restricted to layers with high density of bursting cells.

O estudo do sistema visual de macacos-prego representa importante questão devido ao aspecto evolutivo que a espécie apresenta. Foram utilizados cinco macacos-prego, 2 kg. Foi efetuda injeção intra-ocular de 100 <font face=\"symbol\">ml de solução aquosa de toxina colérica subunidade B (CTb) a 1%, sendo a perfusão realizada 15 dias após a injeção intra-ocular. As retinas intactas e os encéfalos foram submetidos à procedimento de imunoistoquímica para análise. A caracterização da retina evidenciou dois tipos distintos de células bipolares, além disto, subunidades de receptores gabaérgicos co-localizam em retinas de macacos-prego, diferente dos resultados apresentados em outras espécies. As projeções retinianas foram observadas em todas as estruturas do sistema visual primário, óptico acéssório e de temporização circadiana, além de projeções para áreas adicionais. Os resultados evidenciam diferenças interespecíficas sugerindo que a extrapolação dos resultados adquiridos em diferentes espécies devam ser extrapolados com cautela. / The diurnal habits and its complex SNC, make the tufted capuchin monkey an important subject for the study of the visual system. In the present study, five tufted capuchins received a single intraocular neuronal tracer subunit B of cholera toxin (CTb) injection and perfused 15 days later. The retina and brain were removed from the animals and processed with immunohistochemical techniques. The CTb analysis showed that the retina send projections to several structures, such as primary visual, optical accessory and circadian control systems. The immunohistochemical characterization also showed two different types of bipolar cells in the retina. These cells, differently from other species, were co-localized with gabaergic receptors. Overall our results showed several interspecies differences suggesting that comparison of the visual system between species must be undertaken with great caution.

o óxido nítrico tem sido apontado como um importante fator de desenvolvimento neural, participando ativamente como sinalizador espacial durante o processo de refinamento sináptico. Avaliamos nesse estudo a participação do óxido nítrico durante esse processo em tectos ópticos de embriões de pintos (Gallus gallus). Para tal avaliamos a imunorreatividade dos neurônios para as proteínas que formam os receptores colinérgicos e glutamatérgicos em diferentes fases do desenvolvimento embrionário, com e sem o bloqueio farmacológico da enzima de síntese do óxido nítrico (NOS). Durante o desenvolvimento embrionário, as subunidades GluR2/3 dos receptores glutamatérgicos são as que aparecem mais precocemente, no 6°dia de desenvolvimento embrionário (E6), juntamente com os neurônios imunorreativos para NOS e somente a partir de E8 é possível identificar a arquitetura laminar típica do tecto óptico.O bloqueio farmacológico da NOS mostrou diferentes padrões de marcação dependendo do tempo de sobrevida do animal. Em animais eutanasiados 24 h após o bloqueio farmacológico observou-se uma alteração na organização das camadas e no padrão radial de organização dos neurônios imunorreativos. Esse dado sugere que haja um atraso no refinamento sináptico, que se reflete em desorganização das camadas do tecto e alterações morfológicas nos neurônios. / O óxido nítrico tem sido apontado como um importante fator de desenvolvimento neural, participando ativamente como sinalizador espacial durante o processo de refinamento sináptico. Avaliamos nesse estudo a participação do óxido nítrico durante esse processo em tectos ópticos de embriões de pintos (Gallus gallus). Para tal avaliamos a imunorreatividade dos neurônios para as proteínas que formam os receptores colinérgicos e glutamatérgicos em diferentes fases do desenvolvimento embrionário, com e sem o bloqueio farmacológico da enzima de síntese do óxido nítrico (NOS). Durante o desenvolvimento embrionário, as subunidades GluR2/3 dos receptores glutamatérgicos são as que aparecem mais precocemente, no 6°dia de desenvolvimento embrionário (E6), juntamente com os neurônios imunorreativos para NOS e somente a partir de E8 é possível identificar a arquitetura laminar típica do tecto óptico.O bloqueio farmacológico da NOS mostrou diferentes padrões de marcação dependendo do tempo de sobrevida do animal. Em animais eutanasiados 24 h após o bloqueio farmacológico observou-se uma alteração na organização das camadas e no padrão radial de organização dos neurônios imunorreativos. Esse dado sugere que haja um atraso no refinamento sináptico, que se reflete em desorganização das camadas do tecto e alteração morfológicas nos neurônios.

O sistema canabinóide parece participar de vários processos neurobiológicos, incluindo neuroproteção e plasticidade. Os objetivos deste estudo foram avaliar os efeitos de ablações retinianas sobre a expressão do receptor canabinóide CB1 e de proteínas estruturais no tecto óptico de pintos pelos métodos de imuno-histoquímica, immunoblotting e PCR em tempo real. Além disso, avaliamos os efeitos do tratamento com agonistas e antagonistas canabinóides em culturas de células do tecto óptico expostas ao NMDA por citometria de fluxo e quanto à morfologia. A ablação retiniana parece gerar um aumento da expressão da proteína CB1 no tecto óptico desaferentado, mas não dos níveis de RNAm. O tratamento das culturas com o agonista canabinóide diminuiu o número de células inviáveis e de DNA fragmentado gerados pelo NMDA. O aumento da expressão de CB1 após a ablação indica uma localização pós-sináptica desses receptores e sugere um papel do sistema canabinóide em processos de plasticidade. Os resultados da cultura de células sugerem um papel neuroprotetor do sistema canabinóide. / The cannabinoid system (CS) seems to have a role in several neurobiological processes, including neuroprotection and neuronal plasticity. The aims of this study were to verify the effects of unilateral retinal ablation on the expression of cannabinoid receptor CB1 and other structural proteins in the optic tectum of chick brain by immunohistochemistry, immunoblotting and real time PCR. Moreover, we evaluated the effects of cannabinoids agonists and antagonists treatment in optic tectum cell cultures exposed to the NMDA by flow cytometry and in the morphology. The retinal ablation seems to generate an increase in the expression of protein CB1 in the deafferented optic tectum, but not in the levels of mRNA. The treatment of the cultures with the cannabinoid agonist decreased the number of unviable cells and fragmented DNAs generated by NMDA. This increase of CB1 expression indicates a post-synaptic localization of these receptors and suggests a role of the CS in plasticity processes. The results of cell culture suggest neuroprotector role of the CS.

L’horloge circadienne permet de régler avec précision les anticipations physiologiques et comportementales face à un environnement perpétuellement oscillant entre jour et nuit. Cette capacité endogène n’est utile que si les processus biologiques restent synchronisés sur le temps solaire. La lumière représente le stimulus le plus efficace pour informer l’horloge des cycles environnementaux.
Chez la drosophile (Drosophila melanogaster) la synchronisation des rythmes veille/sommeil par la lumière est assurée par la molécule photosensible CRYPTOCHROME et par le système visuel. Alors que le cryptochrome agit dans les neurones d'horloges, le système visuel renseigne ces derniers par des voies qui restent à découvrir. La drosophile possède trois organes photorécepteurs, l'oeil composé, les ocelles et l'eyelet de Hofbauer-Buchner, qui expriment chacun une ou plusieurs rhodopsines. La cascade de phototransduction activée par la lumière dépend de la phospholipase C-ß NORPA et conduit à une libération d’histamine.
Dans notre étude, nous avons tenté de caractériser la contribution de chaque rhodopsine dans l’entraînement circadien, mais également de déterminer leur contribution norpA-dépendante en condition de faible lumière.
L’analyse de mutants a montré que les 6 rhodopsines du système visuel constituaient les seules molécules photosensibles capables d’informer l’horloge et que la RH2 et la RH5 seules étaient capables d’entraîner l’horloge en fonction des conditions expérimentales. Nous avons également pu mettre en évidence le fait que les RH1, RH3, RH4 et RH6 utilisaient une voie NORPA-dépendante pour informer l’horloge, alors que la RH2 ne semblait pas le faire. Des doutes subsistent quant à l’existence d’une voie NORPA- dépendante de la RH5 pour informer l’horloge. Nous avons également caractérisé la contribution des récepteurs à l’histamine ORT et HISCL1 dans les processus circadiens: en l'absence de cryptochrome, chacun des deux récepteurs suffit à synchroniser l'horloge et la perte des deux rend les mouches circadiennement aveugles De plus, nous avons constaté que la connexion des photorécepteurs à l’horloge ne se faisait pas directement mais par l’intermédiaire de voies glutamatergiques ou cholinergiques. L’ensemble de ce travail a permis de faire une 1er ébauche des circuits nécessaires à la transmission de l’information lumineuse à l’horloge cérébrale et d’identifier les opsines ainsi que les interneurones impliqués. / The circadian clock allowed physiologic and behavioural anticipation against the day/night oscillation. Light is the most powerful clue for living organism. In the fly Drosophila melanogaster, the rest-activity is synchronized by light and pass through the cryptochrome and the visual system. CRYPTOCHROME act directly in the clock neurons to inform the clock but little is known about the visual system. Drosophila posses tree structures: the ocelli, the compound eye and the eyelet of Hofbauer-Buchner, each structure expressed one or multiple rhodopsins. The phototransduction cascade is activated by light and depend one a phospholipase C-ß NORPA, this lead to histamine realised. Study of mutants show that the 6 rhodopsines represent the only photo-sensible molecule for the clock and the RH2 and the RH5 alone could entrain the clock. We have also find that the RH1, RH3, RH4 and RH6 use a NORPA-dependant way to inform the clock whereas the RH2 does not. Some doubt is still present regarding the RH5 NORPA-dependant way. We have determined that the two-histamines receptor ORT and HISCL1 are involved in the circadian process. Besides, we have shown that there is no direct connexion between the clock and the photoreceptors but the information is relay on a glutamatergique and a cholinegique pathway. This thesis draws the circuit by which the light informed the clock and identified the opsines and the interneurons involved.

Descrevemos os processos de captura, criação e micromanipulação cirúrgica das moscas Chrysomya megacephala. Apresentamos os processos de geração de estímulo e registro da atividade dos dois neurônios H1 localizados na placa lobular de seu cérebro. Um primeiro resultado apresentado refere-se a acuidade de seu sistema visual. Desenvolvemos um procedimento para comparar sua taxa de disparos espontâneos com as respostas do neurônio H1 quando sujeito a estímulos de excitação e inibição. Mostramos que o sistema visual da mosca não está apenas adaptado a detectar grandes fluxos ópticos mas também, é capaz de detectar pequenas velocidades de aproximadamente 1, 5o.s-1 e de apenas 0,25o de amplitude. Estes valores mostram que a mosca é capaz de detectar deslocamentos angulares muito menores do que sua abertura omatidial, = 1 2o. Outro resultado apresentado é obtido ao estudarmos o processo de codificação-decodificação neural. Alguns sistemas sensoriais agem como um conversor analógico-digital, recebendo um estímulo S(t) e codificando-o em uma sequência de pulsos, spikes. O processo de decodificação da resposta neural consiste em receber este conjunto pulsos e gerar uma estimativa Se(t) do estmulo. Este processo requer a computação e subsequente inversão de funções de correlação de alta ordem. A dimensão das matrizes que representam estas funções pode se tornar proibitivamente grande. Apresentamos um eficiente método para reduzir estas funções de correlação. Esta aproximação tem baixo custo computacional, evita a inversão de grandes matrizes e nos da um excelente resultado para a reconstrução do estímulo. Testamos a qualidade de nossa reconstrução sobre estímulos de rotação e translação. A contribuição dos núcleos de segunda ordem para a reconstrução do estímulo é de apenas 8% da contribuição dos núcleos de primeira ordem. Entretanto, em instantes específicos, a adição destes núcleos pode representar uma contribuição de ate 100%. Finalmente, investigamos quais atributos do estímulo são codificados pelos neurônios H1. Nosso espaço de estímulos possui um conjunto da ordem de 2 × 1096 elementos. É impossível imaginar que o sistema formado pelos dois neurônios H1 seja capaz de codificar eficientemente esta enorme quantidade de elementos. É razoável considerar que este sistema seja ao menos capaz de codificar um atributo essencial do movimento, seu sentido - rotações horizontais para direita ou para esquerda. Desta forma, apresentamos dois estímulos distintos para a mosca, um no qual suas velocidades são retiradas de uma distribuição Gaussiana e outro que contem apenas o sentido deste movimento. Obtemos uma correlação da ordem de 80 - 90% entre as estimativas de ambos os estímulos, estimativas obtidas através do processo de reconstrução linear. Obtemos aproximadamente 85% de eficiência na predição do sentido deste movimento. Ao utilizarmos a Teoria da Informação, encontramos uma diferença de apenas 10% entre as taxas de informação transmitida sobre os estímulos Gaussiano e sua versão reduzida. Concluímos que a propriedade comum a estes dois estímulos, o sentido do movimento, é o atributo relevante a ser codificado pelos neurônios H1. / We describe the practices of capturing, creation, and microsurgery of the flies Chrysomya megacephala. We present the procedures of stimulus generation and recording of the activity of the two H1 neurons in the lobula plate of its brain. One first result presented is related to its visual system acuity. We developed a method to compare its spontaneous firing rate with the H1s responses to excitatory and inhibitory stimuli. We show that the flys visual system is not only adapted to detect large optic flows but is also capable to detect small velocities about 1, 5o.s-1 with just 0, 25o of amplitude. These values show that the fly is capable to detect angular displacements much smallers than its ommatidial aperture, = 1 2o. Another relevant result is attained studying the processes of neural encode-decode. Some sensorial systems act as an analog-to-digital conversor, these systems encode the input stimulus S(t) in a sequence of action potential, spikes. The decoding process of the neural response consists of capturing this set of spikes and to generate an estimate Se(t) of the stimulus. This process requires the computation and subsequent inversion of high order correlations functions. The dimension of the matrixes that represent these functions can become prohibitively large. We present an efficient method to reduce these correlation functions. This approximation has low computational cost, avoids large matrixes inversion and give to us an excellent result to the stimulus reconstruction. We tested the reconstruction quality of rotational and translational stimuli. The contribution of second order stimulus reconstruction kernels is just 8% of first order kernels contribution. However, in specific times, the addition of these kernels may represent a 100% contribution. Finally, we investigate which stimulus features are codified by the H1 neurons. The stimulus space has a set of about 2 × 1096 elements. It is impossible to imagine that the system formed by the two H1 neurons could be able to encode efficiently this amount of elements. It is reasonable to consider that this system is at least able to encode an essencial characteristic of movement, its direction horizontal rotations to the right or to the left. Therefore, we presente two different stimuli to the fly, one which have velocities taken from a Gaussian distribution and another which contains just the direction of this movement. We obtain about 80 - 90% correlation between the estimates of both stimuli, estimates obtained through linear reconstruction methods. We obtain about 85% of efficiency in the prediction of stimulus direction. We find just a 10% difference between the information rate transmitted about the Gaussian stimulus and its reduced version using Information Theory. We conclude that the common attribute of these stimuli, the direction of movement, is the relevant attribute to be codified by the H1 neurons.

O sistema visual exerce importante papel para o reconhecimento do ambiente externo e para estabelecer relações entre objetos, tempo e espaço. Além disso, ele está relacionado com o controle e o desempenho motor. O objetivo deste estudo foi verificar se a privação de luz ambiente alteraria o desempenho e as respostas fisiológicas e psicológicas durante dois modelos de exercício, um fechado e um aberto. Onze ciclistas formaram o grupo de exercício fechado (GEF) e completaram um teste de 20 km, enquanto doze indivíduos ativos formaram o grupo de exercício aberto (GEA) e executaram um teste de potência constante até a exaustão (TWC). Após teste incremental máximo, GEF e GEA realizaram exercício na presença (controle) ou privação (experimental) de luz ambiente, em ordem balanceada. Respostas de desempenho, VE, VO2, VCO2 RER, FC, eletromiografia do músculo vato lateral (EMG), percepção subjetiva de esforço (PSE) e pensamento associado ao exercício (PAE) foram obtidas durante, e no ponto final do exercício, em ambas as condições. O tempo total de exercício indicou a resposta de desempenho em GEF e GEA. As respostas das variáveis fisiológicas e psicológicas foram analisadas durante a realização, ou no ponto final do exercício. A média das respostas geradas durante os 20 km no GEF, e as respostas obtidas no mesmo tempo absoluto do TWC no GEA, pareado pelo menor tempo de exaustão atingido no teste, indicaram as respostas durante a execução do exercício. As respostas obtidas nos 5 segundos finais de cada exercício indicaram as respostas do ponto final do GEF e GEA. A taxa de incremento na PSE foi calculada em GEF e GEA, e o erro de predição da distância real percorrida no teste de 20 km foi obtido no GEF. No GEF, não houve efeito da privação de luz sobre o tempo para completar o teste de 20 km, porém a privação de luz gerou menores respostas (P< 0,01) na VE, VO2, VCO2, EMG e PAE, quando comparada ao controle. No ponto final do exercício, nenhuma diferença foi verificada entre as condições. A privação de luz não alterou a taxa de elevação da PSE ou o erro de predição da distância percorrida. No GEA a privação de luz ambiente reduziu o tempo de exaustão (P< 0,05) no TWC e aumentou a resposta do VO2 e EMG (P< 0,05). Entretanto, não foi observado efeito da privação de luz na VE, VCO2 e FC. No ponto final do exercício observou-se menor EMG com a privação de luz (P< 0,03), mas nenhuma diferença nas demais variáveis foi observada. Maior taxa de elevação na PSE foi observada em ambiente privado de luz. Os resultados do presente estudo podem ser interpretados de acordo com a existência de um \"relógio biológico interno\" que calcula a duração tolerável do exercício de acordo com a aproximação ao ponto final do exercício, sugerindo que os efeitos da privação de luz sobre o desempenho possam depender da presença de um ponto final previamente conhecido / The visual system plays an important role for the environment recognition as well as to set objects, time and space relationships. Furthermore, the visual system is related to the motor learning and performance. The aim of this study was to verify if light deprivation environment would alter performance, and physiological and psychological responses to different exercise modes, closed- and open-loop exercises. Eleven cyclists were the closed-loop exercise group (CLE) and performed a 20 km time trial, while twelve active individuals were the open-loop exercise group (OLE) and cycled to exhaustion during a constant workload exercise. After maximal incremental test CLE and OLE groups performed exercise in a control and experimental condition (i.e. under light deprivation), in a counterbalanced fashion. Performance responses and responses of VE, VO2, VCO2 RER, HR, eletromyography of the vastus lateralis muscle (EMG), ratings of perceived exertion (RPE) and associative thoughts to exercise (ATE) were obtained during exercise and at the exercise endpoint in both the conditions. Time of exercise indicated performance responses in CLE and OLE groups. Physiological and psychological responses were analyzed either during or at the exercise endpoint. Mean responses throughout the 20 km cycling time trial and responses obtained at absolute matched time of exercise, corresponding to the shortest time to exhaustion provided responses along the exercise in CLE and OLE groups, respectively. Responses obtained during the last 5 seconds of the exercises provided responses at the exercise endpoint in both CLE and OLE groups. The rate of increase in RPE was calculated in CLE and OLE groups, and the predictive error of the distance was calculated in the CLE group. In CLE group no effect of light deprivation was observed in the time to complete the 20 km, although the lower response (P< 0.01) of VE, VO2, VCO2, EMG e ATE when compared to control condition. Neither difference was observed in variables at the exercise endpoint. Light deprivation had effect in neither rate of increase in RPE or predictive error of distance. Regarding OLE group the light deprivation decreased the time to exhaustion (P< 0.05) and increased VO2 and EMG (P< 0.05) responses. However, there was no light deprivation effect in VE, VCO2 and HR. Lower EMG was observed at the exercise endpoint in light deprivation condition (P< 0.05) than in control, but no difference was observed in the others. Greater rate of increase in RPE was detected (P< 0.05) in the light deprivation condition than in control. Results of the present study were interpreted according to a \"biological internal clock\" that calculates the tolerable exercise duraton based on the exercise endpoint approximation, suggesting that light deprivation effects on performance may depend on the presence of an exercise endpoint previously known

Este trabalho introduz um modelo fisiológico para o reflexo pupilar em função das condições de iluminação (Pupil Light Reflex - PLR), e um modelo baseado em imagem para deformação dos padrões da íris. O modelo para PLR expressa o diâmetro da pupila ao longo do tempo e em função da iluminação ambiental, sendo descrito por uma equação diferencial com atraso, adaptando naturalmente o tamanho da pupila a mudanças bruscas de iluminação. Como os parâmetros do nosso modelo são derivados a partir de modelos baseados em experimentos científicos, ele simula corretamente o comportamento da pupila humana para um indivíduo médio. O modelo é então estendido para dar suporte a diferenças individuais e a hippus, além de utilizar modelos para latência e velocidade de dilatação e contração. Outra contribuição deste trabalho é um modelo para deformação realista dos padrões da íris em função da contração e dilatação da pupila. Após capturar várias imagens de íris de diversos voluntários durante diferentes estágios de dilatação, as trajetórias das estruturas das íris foram mapeadas e foi identificado um comportamento médio para as mesmas. Demonstramos a eficácia e qualidade dos resultados obtidos, comparando-os com fotografias e vídeos capturados de íris reais. Os modelos aqui apresentados produzem efeitos foto-realistas e podem ser utilizados para produzir animações preditivas da pupila e da íris em tempo real, na presença de variações na iluminação. Combinados, os dois modelos permitem elevar a qualidade de animações faciais, mais especificamente, animações da íris humana. / This thesis introduces a physiologically-based model for pupil light reflex (PLR) and an image-based model for iridal pattern deformation. The PLR model expresses the pupil diameter as a function of the environment lighting, naturally adapting the pupil diameter even to abrupt changes in light conditions. Since the parameters of the PLR model were derived from measured data, it correctly simulates the actual behavior of the human pupil. The model is extended to include latency, constriction and dilation velocities, individual differences and some constrained random noise to model hippus. The predictability and quality of the simulations were validated through comparisons of modeled results against measured data derived from experiments also described in this work. Another contribution is a model for realist deformation of the iris pattern as a function of pupil dilation and constriction. The salient features of the iris are tracked in photographs, taken from several volunteers during an induced pupil-dilation process, and an average behavior of the iridal features is defined. The effectiveness and quality of the results are demonstrated by comparing the renderings produced by the models with photographs and videos captured from real irises. The resulting models produce high-fidelity appearance effects and can be used to produce real-time predictive animations of the pupil and iris under variable lighting conditions. Combined, the proposed models can bring facial animation to new photorealistic standards.

In this thesis, a number of novel watermarking techniques for different 3D representations are presented. A novel watermarking method is proposed for the mono-view video, which might be interpreted as the basic implicit representation of 3D scenes. The proposed method solves the common flickering problem in the existing video watermarking schemes by means of adjusting the watermark strength with respect to temporal contrast thresholds of human visual system (HVS), which define the maximum invisible distortions in the temporal direction. The experimental results indicate that the proposed method gives better results in both objective and subjective measures, compared to some recognized methods in the literature. The watermarking techniques for the geometry and image based representations of 3D scenes, denoted as 3D watermarking, are examined and classified into three groups, as 3D-3D, 3D-2D and 2D-2D watermarking, in which the pair of symbols identifies whether the watermark is embedded-detected in a 3D model or a 2D projection of it. A detailed literature survey on 3D-3D watermarking is presented that mainly focuses on protection of the intellectual property rights of the 3D geometrical representations. This analysis points out the specific problems in 3D-3D geometry watermarking , such as the lack of a unique 3D scene representation, standardization for the coding schemes and benchmarking tools on 3D geometry watermarking. For 2D-2D watermarking category, the copyright problem for the emerging free-view televisions (FTV) is introduced. The proposed watermarking method for this original problem embeds watermarks into each view of the multi-view video by utilizing the spatial sensitivity of HVS. The hidden signal in a selected virtual view is detected by computing the normalized correlation between the selected view and a generated pattern, namely rendered watermark, which is obtained by applying the same rendering operations which has occurred on the selected view to the original watermark. An algorithm for the estimation of the virtual camera position and rotation is also developed based on the projective planar relations between image planes. The simulation results show the applicability of the method to the FTV systems. Finally, the thesis also presents a novel 3D-2D watermarking method, in which a watermark is embedded into 3-D representation of the object and detected from a 2-D projection (image) of the same model. A novel solution based on projective invariants is proposed which modifies the cross ratio of the five coplanar points on the 3D model according to the watermark bit and extracts the embedded bit from the 2D projections of the model by computing the cross-ratio. After presenting the applicability of the algorithm via simulations, the future directions for this novel problem for 3D watermarking are addressed.