Stability of fractional order systems

The theory and applications of fractional calculus (FC) had a considerable progress during the last years. Dynamical systems and control are one of the most active areas, and several authors focused on the stability of fractional order systems. Nevertheless, due to the multitude of efforts in a short period of time, contributions are scattered along the literature, and it becomes difficult for researchers to have a complete and systematic picture of the present day knowledge. This paper is an attempt to overcome this situation by reviewing the state of the art and putting this topic in a systematic form. While the problem is formulated with rigour, from the mathematical point of view, the exposition intends to be easy to read by the applied researchers. Different types of systems are considered, namely, linear/nonlinear, positive, with delay, distributed, and continuous/discrete. Several possible routes of future progress that emerge are also tackled.

Anticipatory postural adjustments during sitting reach movement in post-stroke subjects

The study assessed the effect of velocity of arm movement on the generation of APAs in the contralateral and ipsilateral muscles of individuals with stroke in the sitting position. In the sitting position, 10 healthy and 8 post-stroke subjects reached for an object placed at the scapular plane and mid-sternum height at self-selected and fast velocities. Electromyography was recorded from the anterior deltoid (AD), upper (UT) and lower trapezius (LT), and latissimus dorsi (LD). Kinematic analysis was used to assess peak velocity and trunk displacement. Post-stroke subjects presented a delay of APAs on both sides of the body compared to healthy subjects. Differences were found between the timing of APAs on the ipsilateral and contralateral LD and LT in both movement speeds and in the ipsilateral UT during movement of the non-affected arm at a self-selected velocity. A delay in the contralateral LD in the reaching movement with the non-affected arm at fast velocity was also observed. Trunk displacement was greater in post-stroke subjects. In the sitting position, APAs were delayed in both fast and self-selected movements on both sides in post-stroke subjects, which also presented a higher trunk displacement.

Dynamic adaptation of stability periods for service level agreements

A QoS adaptation to dynamically changing system conditions that takes into consideration the user’s constraints on the stability of service provisioning is presented. The goal is to allow the system to make QoS adaptation decisions in response to fluctuations in task traffic flow, under the control of the user. We pay special attention to the case where monitoring the stability period and resource load variation of Service Level Agreements for different types of services is used to dynamically adapt future stability periods, according to a feedback control scheme. System’s adaptation behaviour can be configured according to a desired confidence level on future resource usage. The viability of the proposed approach is validated by preliminary experiments.

A interactividade na análise postural: um estudo para crianças do 1º ciclo do ensino básico

Actualmente os educadores e professores devem adoptar uma nova postura no sentido da sua actividade profissional ser cada vez mais inovadora, além de potenciarem a aprendizagem dos seus alunos em diferentes áreas do conhecimento. A ergonomia é uma área que não se encontra incluída especificamente em nenhuma área curricular do 1º ciclo do Ensino Básico, no entanto, é de grande importância no sentido de prevenir situações de desconforto e lesões músculo-esqueléticas originados por posturas incorrectas. Com este estudo pretende-se que a área de ergonomia, nomeadamente no que respeita à adopção de posturas corporais correctas e à influência de factores ambientais, como o ambiente térmico ou a iluminação, seja uma mais valia no desenvolvimento global das crianças do 1º ciclo do Ensino Básico, constituindo uma base de aprendizagem no âmbito de saúde escolar. Pretendeu-se criar materiais pedagógicos que possam ser utilizados pelos professores e estudantes, com o objectivo de sensibilizar os mais novos e educar para a saúde. O material didáctico teve por base jogos interactivos, os quais incluíram conceitos e princípios ergonómicos, particularmente no que respeita à adopção de posturas correctas e utilização da mochila para crianças do 1º ciclo do Ensino Básico. Verificou-se que as crianças estavam motivadas e interessadas no momento de aprendizagem. Quando questionadas sobre possíveis dúvidas que surgiram na apresentação do material didáctico, a maioria não demonstrou dificuldade, evidenciando terem adquirido os conhecimentos pretendidos. O material didáctico foi bem aceite e o pré-teste permitiu identificar várias situações para melhoria. Este estudo, em geral, demonstrou que os materiais didácticos são meios capazes para a transmissão de conhecimentos proporcionando uma boa forma de aprendizagem, mesmo em assuntos novos.

Fresh-cut aromatic herbs: Nutritional quality stability during shelf-life

Fresh-cut vegetables are a successful convenient healthy food. Nowadays, the presence of new varieties of minimally processed vegetables in the market is common in response to the consumers demand for new flavours and high quality products. Within the most recent fresh-cut products are the aromatic herbs. In this work, the objective was to evaluate the nutritional quality and stability of four fresh-cut aromatic herbs. Several physicochemical quality characteristics (colour, pH, total soluble solids, and total titratable acidity) were monitored in fresh-cut chives, coriander, spearmint and parsley leaves, stored under refrigeration (3 ± 1 ºC) during 10 days. Their nutritional composition was determined, including mineral composition (phosphorous, potassium, sodium, calcium, magnesium, iron, zinc, manganese and copper) and fat- and water-soluble vitamin contents. Total soluble phenolics, flavonoids and the antioxidant capacity were determined by spectrophotometric methods. The aromatic herbs kept their fresh appearance during the storage, maintaining their colour throughout shelf-life. Their macronutrient composition and mineral content were stable during storage. Coriander had the highest mineral and fatsoluble vitamin content, while spearmint showed the best scores in the phenolic, flavonoid and antioxidant capacity assays. Vitamins and antioxidant capacity showed some variation during storage, with a differential behaviour of each compound according to the sample.

Dynamical Stability and Predictability of Football Players: The Study of One Match

The game of football demands new computational approaches to measure individual and collective performance. Understanding the phenomena involved in the game may foster the identification of strengths and weaknesses, not only of each player, but also of the whole team. The development of assertive quantitative methodologies constitutes a key element in sports training. In football, the predictability and stability inherent in the motion of a given player may be seen as one of the most important concepts to fully characterise the variability of the whole team. This paper characterises the predictability and stability levels of players during an official football match. A Fractional Calculus (FC) approach to define a player’s trajectory. By applying FC, one can benefit from newly considered modeling perspectives, such as the fractional coefficient, to estimate a player’s predictability and stability. This paper also formulates the concept of attraction domain, related to the tactical region of each player, inspired by stability theory principles. To compare the variability inherent in the player’s process variables (e.g., distance covered) and to assess his predictability and stability, entropy measures are considered. Experimental results suggest that the most predictable player is the goalkeeper while, conversely, the most unpredictable players are the midfielders. We also conclude that, despite his predictability, the goalkeeper is the most unstable player, while lateral defenders are the most stable during the match.

Reorganização de componentes do controlo postural na sequência sit-to-stand em indivíduos com acidente vascular encefálico.

Introdução: O controlo postural (CP) constitui um dos requisitos indispensáveis para a execução de muitas tarefas funcionais, tendo sido demonstrado que após um acidente vascular encefálico (AVE) este esteja severamente alterado. Os mecanismos de neuroplasticidade evidenciam capacidade de mudança no CP através de uma intervenção em Fisioterapia. Objetivo: Avaliar a influência da modificação de componentes do membro inferior/tronco inferior (TI) na modificação de componentes da cintura escapular/tronco superior (TS), e a sua influência em variáveis representativas do CP no Sit-to-Stand (STS). Metodologia: O estudo apresenta três casos após AVE, que realizaram intervenção em fisioterapia baseada no conceito de Bobath, durante 11 semanas. Antes e após a intervenção, foi avaliado o alinhamento do tronco e o postural setting da escápula; variáveis associadas ao deslocamento e velocidade do Centro de Pressão (CoP); força, área de contacto e pressão média, durante a sequência do STS, recorrendo ao software SAPo e à plataforma de pressões EMED . Avaliou-se ainda os itens da Classificação Internacional de Funcionalidade (CIF). Resultados: Após a intervenção, os indivíduos em estudo apresentaram um melhor alinhamento do tronco, associado a um melhor postural setting da escápula, no conjunto postural sentado; bem como uma diminuição do deslocamento e velocidade máxima do CoP, no período estável (posição de sentado) e um aumento global da velocidade do CoP, no seat-off, o que parece refletir uma melhoria do CP. Quanto à CIF também se verificou uma diminuição da restrição na participação e limitação na atividade. Conclusão: A modificação de componentes neuro-motores através de uma intervenção baseada no conceito de Bobath teve efeitos positivos do ponto de vista do CP, relacionado com uma melhor relação entre membro inferior/TI e cintura escapular/TS, evidenciando uma melhor relação entre TS/TI nos três indivíduos após AVE.

Controlo postural em adolescentes com défice cognitivo

Introdução: O controlo postural é base do movimento humano, e pode ser estudado através das tarefas como o levantar e o alcance. Nestas, observam-se frequentemente alterações neuromotoras em indivíduos com défice cognitivo. Objetivo: descrever as alterações na relação entre os segmentos corporais na sequência de movimento levantar-para-alcançar, em adolescentes com défice cognitivo, face à aplicação de um programa de intervenção em fisioterapia baseado no Conceito de Bobath/ Tratamento do Neurodesenvolvimento (TND). Métodos: antes e após a intervenção em fisioterapia, filmou-se as vistas lateral e posterior da sequência de movimento de levantar-para-alcançar, a qual foi posteriormente dividida em 5 fases, para a análise observacional e quantitativa. A análise quantitativa foi realizada através da distância entre tragus-acrómio, crista ilíaca-acrómio, espinha ilíaca postero-superior homolateral-T1, ângulos inferiores da omoplata e ângulo inferior da omoplata homolateral-T1, recorrendo-se ao software de Avaliação Postural - SAPo. Face à avaliação inicial e evolução dos participantes foram estabelecidos planos de intervenção, tendo em conta aspectos como o contexto, a tarefa e a motivação. Resultados: no geral, foram detetadas alterações na relação entre os segmentos corporais na análise observacional e quantitativa, após a intervenção. Conclusão: As alterações na relação entre os segmentos corporais poderão indicar uma possível reorganização motora.

Avaliação dos ajustes posturais em indivíduos com instabilidade funcional do tornozelo

Introdução:O Controlo Postural é um processo neural complexo envolvido na organização da estabilidade e orientação da posição do corpo no espaço. A Instabilidade Funcional (IF) do tornozelo é descrita como uma perceção subjetiva de instabilidade articular, que afeta o controlo postural. Apesar de vários estudos terem investigado os fatores inerentes à IF ainda existe inconsistência nos resultados da literatura sobre os mecanismos envolvidos nesta. Objetivo (s):avaliar os ajustes posturais envolvidos na resposta a uma perturbação externa realizada de forma previsível e imprevisível em indivíduos com IF. Métodos:Estudo observacional analítico transversal, teve uma amostra de 20 indivíduos, que foram divididos em grupo com IF e grupo de controlo. Foi recolhida atividade eletromiográfica bilateral dos músculos longo e curto peroneal (PL e PC), tibial anterior (TA) e solear (SOL) associado a uma perturbação externa aplicada de forma previsível e imprevisível. Os ajustes posturais foram avaliados através da análise do início da atividade muscular, da magnitude global dos ajustes posturais compensatórios e antecipatórios e magnitude das respostas de curta e média latência Resultados: Na perturbação imprevisível não se verificaram diferenças significativas no início da atividade muscular (p>0,05). Enquanto na magnitude das respostas de curta e média latência verificou-se diferenças nos músculos TA (Ia,p=0,000; II, p=0,011), CP (Ia,p=0,029; II, p=0,001) e LP (Ia, p=0,030) entre o membro com IF e o controlo e no LP (II, p=0,011) entre o membro sem IF do grupo com IF e o controlo. Na perturbação previsível observaram-se diferenças nos ajustes posturais antecipatórios (APA) dos músculos TA (p=0,006) e LP (p=0,020) entre o membro sem IF do grupo com IF e o controlo. Conclusão: Os indivíduos com IF apresentam défices na magnitude das respostas de média e curta latência numa perturbação imprevisível e nos APA na perturbação previsível.

Stability of the Transthyretin Molecule as a Key Factor in

Transthyretin (TTR) protects against A-Beta toxicity by binding the peptide thus inhibiting its aggregation. Previous work showed different TTR mutations interact differently with A-Beta, with increasing affinities correlating with decreasing amyloidogenecity of the TTR mutant; this did not impact on the levels of inhibition of A-Beta aggregation, as assessed by transmission electron microscopy. Our work aimed at probing differences in binding to A-Beta by WT, T119M and L55P TTR using quantitative assays, and at identifying factors affecting this interaction. We addressed the impact of such factors in TTR ability to degrade A-Beta. Using a dot blot approach with the anti-oligomeric antibody A11, we showed that A-Beta formed oligomers transiently, indicating aggregation and fibril formation, whereas in the presence of WT and T119M TTR the oligomers persisted longer, indicative that these variants avoided further aggregation into fibrils. In contrast, L55PTTR was not able to inhibit oligomerization or to prevent evolution to aggregates and fibrils. Furthermore, apoptosis assessment showed WT and T119M TTR were able to protect against A-Beta toxicity. Because the amyloidogenic potential of TTR is inversely correlated with its stability, the use of drugs able to stabilize TTR tetrameric fold could result in increased TTR/ABeta binding. Here we showed that iododiflunisal, 3-dinitrophenol, resveratrol, [2-(3,5-dichlorophenyl)amino] (DCPA) and [4- (3,5-difluorophenyl)] (DFPB) were able to increase TTR binding to A-Beta; however only DCPA and DFPB improved TTR proteolytic activity. Thyroxine, a TTR ligand, did not influence TTR/A-Beta interaction and A-Beta degradation by TTR, whereas RBP, another TTR ligand, not only obstructed the interaction but also inhibited TTR proteolytic activity. Our results showed differences between WT and T119M TTR, and L55PTTR mutant regarding their interaction with A-Beta and prompt the stability of TTR as a key factor in this interaction, which may be relevant in AD pathogenesis and for the design of therapeutic TTR-based therapies.

Reliability of Two Methods for Identifying the Postural Phase of Gait Initiation in Healthy and Post-stroke Subjects

This study aims to compare two methods of assessing the postural phase of gait initiation as to intrasession reliability, in healthy and post-stroke subjects. As a secondary aim, this study aims to analyse anticipatory postural adjustments during gait initiation based on the centre of pressure (CoP) displacements in post-stroke participants. The CoP signal was acquired during gait initiation in fifteen post-stroke subjects and twenty-three healthy controls. Postural phase was identified through a baseline-based method and a maximal displacement based method. In both healthy and post-stroke participants higher intra-class correlation coefficient and lower coefficient of variation values were obtained with the baseline-based method when compared to the maximal displacement based method. Post-stroke participants presented decreased CoP displacement backward and toward the first swing limb compared to controls when the baseline-based method was used. With the maximal displacement based method, there were differences between groups only regarding backward CoP displacement. Postural phase duration in medial-lateral direction was also increased in post-stroke participants when using the maximal displacement based method. The findings obtained indicate that the baseline-based method is more reliable detecting the onset of gait initiation in both groups, while the maximal displacement based method presents greater sensitivity for post-stroke participants.

Influence of Prolonged Wearing of Unstable Shoes on Upright Standing Postural Control

Objective: To study the influence of prolonged wearing of unstable shoes on standing postural control in prolonged standing workers. Methods: The participants were divided into two groups: one wore unstable shoes while the other wore conventional shoes for 8 weeks. Stabilometry parameters related to centre of pressure (CoP), rambling (RM) and trembling (TR) as well as the total agonist/antagonist muscle activity, antagonist co-activation and reciprocal activation were evaluated during upright standing, before and after the 8 week period. In both moments, the subjects were evaluated wearing the unstable shoes and in barefoot. Results: The unstable shoe condition presented increased CoP displacement related variables and decreased co-activation command compared to barefoot before and after the intervention. The prolonged wearing of unstable shoes led to: (1) reduction of medial-lateral CoP root mean square and area; (2) decreased anteroposterior RM displacement; (3) increased anteroposterior RM mean velocity and mediolateral RM displacement; (4) decreased anteroposterior TR RMS; and (5) increased thigh antagonist co-activation in the unstable shoe condition. Conclusion: The unstable shoe condition is associated to a higher destabilizing effect that leads to a selection of more efficient and accurate postural commands compared to barefoot. Prolonged wearing of unstable shoes provides increased effectiveness and performance of the postural control system, while wearing of unstable shoes in upright standing, that are reflected by changes in CoP related variables and by a reorganization of postural control commands.

Dynamic stability metrics for the container loading problem

The Container Loading Problem (CLP) literature has traditionally evaluated the dynamic stability of cargo by applying two metrics to box arrangements: the mean number of boxes supporting the items excluding those placed directly on the floor (M1) and the percentage of boxes with insufficient lateral support (M2). However, these metrics, that aim to be proxies for cargo stability during transportation, fail to translate real-world cargo conditions of dynamic stability. In this paper two new performance indicators are proposed to evaluate the dynamic stability of cargo arrangements: the number of fallen boxes (NFB) and the number of boxes within the Damage Boundary Curve fragility test (NB_DBC). Using 1500 solutions for well-known problem instances found in the literature, these new performance indicators are evaluated using a physics simulation tool (StableCargo), replacing the real-world transportation by a truck with a simulation of the dynamic behaviour of container loading arrangements. Two new dynamic stability metrics that can be integrated within any container loading algorithm are also proposed. The metrics are analytical models of the proposed stability performance indicators, computed by multiple linear regression. Pearson’s r correlation coefficient was used as an evaluation parameter for the performance of the models. The extensive computational results show that the proposed metrics are better proxies for dynamic stability in the CLP than the previous widely used metrics.

Reorganização do Controlo Postural do Tronco para o alcance funcional em crianças com Paralisia Cerebral

Introdução: A organização do controlo postural (CP) é essencial para a execução de movimentos funcionais e está frequentemente alterada em crianças com alterações neuromotoras decorrentes da Paralisia Cerebral (PC), nomeadamente ao nível do segmento do tronco, influenciando assim a qualidade do gesto de alcance. Objetivo: Analisar as modificações na organização do CP do tronco, associado ao gesto de alcance, em crianças com PC, após uma intervenção baseada no conceito de Bobath em pediatria Métodos: Foram avaliadas quatro crianças com PC, num momento inicial (M0) e após 4 meses de intervenção (M1), segundo esse conceito. Recorrendo ao Software de Avaliação Postural (SAPo) procedeu-se à avaliação de variáveis relevantes do ponto de vista do CP, nomeadamente, na vista posterior, o alinhamento horizontal da cabeça, dos acrómios e das espinhas ilíacas póstero-superiores (EIPS). Na vista lateral, avaliou-se o alinhamento da cervical, o alinhamento vertical do tronco (desde a vértebra C7 a L1), a amplitude de movimento do ombro, do cotovelo e de deslocamento anterior do tronco e, do alinhamento da pélvis. Recorreu-se ainda à aplicação da Classificação Internacional de Funcionalidade, Incapacidade e Saúde para Crianças e Jovens (CIF-CJ). Resultados: Em M1, verificaram-se alterações sugestivas de uma melhor organização dos mecanismos de CP, tanto na análise quantitativa através do SAPo, como também se verificaram repercussões positivas nos qualificadores da CIF-CJ. Os participantes apresentam uma maior simetria entre os hemitroncos e um melhor alinhamento do tronco, associado a uma menor amplitude de movimento do tronco e maior amplitude ao nível do ombro e cotovelo, sugerindo uma melhoria dos componentes de estabilidade e de orientação durante o gesto de alcance. Conclusão: De uma maneira geral, os resultados obtidos parecem revelar modificações no CP, após uma intervenção individualizada e direcionada para o principal problema, segundo a abordagem do conceito de Bobath em pediatria – TND.