Background: Convolutional Neural Networks (CNN) have provided a significant achievement in different machine learning tasks such as speech recognition, image classification, automotive software engineering, together with some substantial applications in neuroscience. This impressive progress is largely due to a combination of algorithmic breakthroughs, computation resource improvements, and access to a large amount of data. Method In this paper, we focused on the diagnosis of the autism spectrum disorder (ASD) via CNN using a large brain imaging dataset. We classified ASD patients using most common resting-state functional magnetic resonance imaging (fMRI) data represented by a multi-site database known as Autism Brain Imaging Data Exchange (ABIDE). The proposed approach was able to classify individuals with autism compared to typical controls based on the patterns of functional connectivity. The outcome measure is accuracy, sensitivity, and specificity of the prediction of ASD from control subjects. Results: The experimental results indicate that our proposed model with 70.22 % diagnostic accuracy in classification of the ASD outperforms the previous works on ABIDE I dataset and for the CC400 functional parcellation atlas of the brain. Also, it was shown that the number of parameters used in our CNN model is fewer than the best known study in the ASD classification which leads to the reduction of the training time. The existing best-known method had a huge number of parameters, 19,961,200, in theirs final stage wheras we reduced it to 4,398,80221 parameters. The sensitivity and specificity were also measured in this study as part of our report

The possible disruption of a microtubule during mitosis can control the duplication of a cancer cell. Cancer detection and treatment may be possible based on the detection and control of microtubule mechanical oscillations in cells throughexternal fields (e.g. electromagnetic or ultrasound). However, little is known about the dynamic (high-frequency) mechanical properties of microtubules. Here we propose to control the vibrations of a doubly clamped microtubule by tip electrodes and to detect its motion via the optomechanical coupling between the vibrational modes of the microtubule and an optical cavity. In the presence of a red-detuned strong pump laser, this coupling leads to optomechanical induced transparency of an optical probe field, which can be detected with state-of-the art technology. The center frequency and linewidth of the transparency peak give the resonance frequency and damping rate of the microtubule respectively, while the height of the peak reveals information about the microtubule-cavity field coupling. Our method should yield new knowledge about the physical properties of microtubules, which will enhance our capability to design physical cancer treatment protocols as alternatives to chemotherapeutic drugs.

Anesthetics such as ketamine and thiopental, commonly used for inducing unconsciousness, have distinct effects on neuronal activity, metabolism, and cardiovascular and respiratory systems. Ketamine increases heart rate and blood pressure while preserving respiratory function, whereas thiopental decreases both and can cause respiratory depression. This study investigates the impact of ketamine (100 mg/kg) and thiopental (45 mg/kg) on ultraweak photon emission (UPE), oxidative-nitrosative stress, and antioxidant capacity in isolated rat brains. To our knowledge, no previous study has investigated and compared UPE in the presence and absence of anesthesia. Here, we compare the effects of ketamine and thiopental anesthetics with each other and with a non-anesthetized control group. Ketamine increased UPE, lipid peroxidation, and antioxidant enzyme activity while reducing thiol levels. Conversely, thiopental decreased UPE, oxidative markers, and antioxidant enzyme activity, while increasing thiol levels. UPE was negatively correlated with thiol levels and positively correlated with oxidative stress markers. These findings suggest that the contrasting effects of ketamine and thiopental on UPE are linked to their differing impacts on brain oxidative stress and antioxidant capacity. This research suggests a potential method to monitor brain oxidative stress via UPE during anesthesia, and opens up new ways for understanding and managing anesthetic effects.

ABSTRACT The present study takes on an innovative experiment involving detection of ultraweak photon emission (UPE) from the hippocampus of male rat brains and finds significant correlations between Alzheimer’s disease (AD), memory decline, oxidative stress, and the intensity of UPE emitted spontaneously from the hippocampus. These remarkable findings opens up novel methods for screening, detecting, diagnosing and classifying neurodegenerative diseases (and associated sydromes), such as in AD. This also paves the way towards novel advanced brain-computer interfaces (BCIs) photonic chip for the detection of UPE from brain’s neural tissue. The envisaged BCI photonic chip (BCIPC) would be minimally invasive, cheap, high-speed, scalable, would provide high spatiotemporal resolution of brain’s activity and would provide short- and long-term screening of clinical patho-neurophysiological signatures, which could be monitored by a smart wristwatch or smartphone via a wireless connection. Background & aim Living cells spontaneously emit biophotons, or UPE, during the process of metabolic reactions, and these UPE in tissues may be altered in pathological conditions. These compelling observations led us to hypothesise that AD (a severe neuropathological disorder) can be screened via UPE. This is substantiated by previous studies showing that oxidative stress occurs prior to the formation of amyloid plaques and neurofibrillary tangles (i.e. the neuropathological hallmarks of AD). Indeed, oxidative stress is a critical factor contributing to the initiation and progression of AD. Moreover, earlier research have evidenced the association between UPE and oxidative stress of biological tissue. These combined observations set us to investigate whether UPE intensity of the hippocampus in a pathological state, induced by intracerebroventricular (ICV) injection of streptozotocin (STZ), can be correlated with memory, oxidative stress, Acetylcholinesterase (AChE) as a novel screening strategy for AD. Material & methods Thirty-two adult male rats were divided into four groups: Control, Sham, STZ, and STZ+Donp (n=8). Specifically, for inducing sporadic AD (sAD), STZ was injected on days 1 and 3. One week after the second ICV injection, the intraperitoneal (IP) use of donepezil was initiated and continued for two weeks. After treatment, spatial and recognition memory were evaluated from days 24 to 29 of the experiment using the Morris water maze (MWM) and novel object recognition (NOR) test, respectively. Finally, the rats were euthanased by cervical dislocate in day 30. Anesthetic drugs disrupt neural communication from chemical neurotransmitter receptor inhibition. UPE related to cells activity so anesthesia intervention must be considered. Then, their brains were removed and the hippocampus dissected. The Right hippocampus was evaluated in terms of UPE via a Photomultiplier tubes (PMT) device. Moreover, in left hippocampus we measured malondialdehyde (MDA) by the TBARS assay and heat via calorimeter ELIZA device. Acetylcholinesterase (AChE) activity was also scrutinized via acetylthiocholine reaction via the Ellman method. Results & discussion STZ injection impaired learning and memory function compared with the sham and control groups. The results of the MWM test indicated a decrease in the time used to find the hidden platform in the donepezil-treated group during training days, while in the STZ group, no significant reduction in this time was observed. In the probe trial, the donepezil-treated group showed a significant increase in target quadrant time in comparison with the STZ group (p<0.05). Furthermore, the object recognition test demonstrated that the donepezil-treated group spent more time recognizing new objects in the testing phase (p<0.05). Whereas, in the STZ group, there was no significant difference in spent time for identifying the objects. Ex vivo detection of UPE from the hippocampus of rats showed that the sham group had higher UPE than the Control group (p<0.05). The STZ injection significantly increased UPE and MDA concentrations in the hippocampus than in the Sham and Control groups (p<0.0001). Correlation analysis of results reveal that the emission intensity is associated with the MDA concentration (r = 0.855). Hippocampus AChE activity also significantly increased in STZ-injected groups. Treatment with donepezil decreased MDA concentration, UPE intensity, and activity of AChE in comparison with the STZ group (p<0.05). UPE intensity was linked with AChE activity as evidenced by Pearson correlation analysis between UPE intensity and AChE activity (r = 0.779). Conclusion: The hippocampus UPE increases in STZ-induced sAD and is associated with the redox state of the tissue. Donepezil decreases the UPE and improves the oxidative stress induced by STZ injection. Since oxidative stress is one of the primary hallmarks in the progression of AD, then it stands to reason that the Brain’s UPE emission can be used as a novel methodology for screening AD. Moreover, UPE could be used to monitor recovery from neurodegenerative diseases upon suitable future therapeutic treatments, as suggested by our experiment involving donepezil. Our findings, encourages further research and suggests the development of a minimally invasive BCI photonic chip (with similar quantum efficiency as PMT) for screening and diagnosing AD.

To build datasets containing useful information from drug databases and recommend a list of drugs to physicians and patients with high accuracy by considering a wide range of features of people, diseases, and chemicals.

A shortcut to an adiabatic scheme is proposed for preparing a massive object in a macroscopic spatial superposition state. In this scheme we propose to employ counterdiabatic driving to maintain the system in the ground state of its instantaneous Hamiltonian while the trap potential is tuned from a parabola to a double well. This, in turn, is performed by properly ramping a control parameter. We show that a few counterdiabatic drives are enough for most practical cases. A hybrid electromechanical setup in superconducting circuits is proposed for the implementation. The efficiency of our scheme is benchmarked by numerically solving the system dynamics in the presence of noises and imperfections. The results show that a mechanical resonator with very-high-fidelity spatially distinguishable cat states can be prepared with our protocol. Furthermore, the protocol is robust against noises and imperfections. We also discuss a method for verifying the final state via spectroscopy of a coupled circuit electrodynamical cavity mode. Our work can serve as the ground work to feasibly realize and verify macroscopic superposition states in future experiments. Published by the American Physical Society 2024