Automated design of microwave discrete tuning differential capacitance circuits in Si-integrated technologies

A genetic algorithm used to design radio-frequency binary-weighted differential switched capacitor arrays (RFDSCAs) is presented in this article. The algorithm provides a set of circuits all having the same maximum performance. This article also describes the design, implementation, and measurements results of a 0.25 lm BiCMOS 3-bit RFDSCA. The experimental results show that the circuit presents the expected performance up to 40 GHz. The similarity between the evolutionary solutions, circuit simulations, and measured results indicates that the genetic synthesis method is a very useful tool for designing optimum performance RFDSCAs.

Crossing genetic and swarm intelligence algorithms to generate logic circuits

Genetic Algorithms (GAs) are adaptive heuristic search algorithm based on the evolutionary ideas of natural selection and genetic. The basic concept of GAs is designed to simulate processes in natural system necessary for evolution, specifically those that follow the principles first laid down by Charles Darwin of survival of the fittest. On the other hand, Particle swarm optimization (PSO) is a population based stochastic optimization technique inspired by social behavior of bird flocking or fish schooling. PSO shares many similarities with evolutionary computation techniques such as GAs. The system is initialized with a population of random solutions and searches for optima by updating generations. However, unlike GA, PSO has no evolution operators such as crossover and mutation. In PSO, the potential solutions, called particles, fly through the problem space by following the current optimum particles. PSO is attractive because there are few parameters to adjust. This paper presents hybridization between a GA algorithm and a PSO algorithm (crossing the two algorithms). The resulting algorithm is applied to the synthesis of combinational logic circuits. With this combination is possible to take advantage of the best features of each particular algorithm.

Particle swarm design of digital circuits

Swarm Intelligence (SI) is the property of a system whereby the collective behaviors of (unsophisticated) agents interacting locally with their environment cause coherent functional global patterns to emerge. Particle swarm optimization (PSO) is a form of SI, and a population-based search algorithm that is initialized with a population of random solutions, called particles. These particles are flying through hyperspace and have two essential reasoning capabilities: their memory of their own best position and knowledge of the swarm's best position. In a PSO scheme each particle flies through the search space with a velocity that is adjusted dynamically according with its historical behavior. Therefore, the particles have a tendency to fly towards the best search area along the search process. This work proposes a PSO based algorithm for logic circuit synthesis. The results show the statistical characteristics of this algorithm with respect to number of generations required to achieve the solutions. It is also presented a comparison with other two Evolutionary Algorithms, namely Genetic and Memetic Algorithms.

Automated synthesis procedure of RF discrete tuning differential capacitance circuits

The paper presents a RFDSCA automated synthesis procedure. This algorithm determines several RFDSCA circuits from the top-level system specifications all with the same maximum performance. The genetic synthesis tool optimizes a fitness function proportional to the RFDSCA quality factor and uses the epsiv-concept and maximin sorting scheme to achieve a set of solutions well distributed along a non-dominated front. To confirm the results of the algorithm, three RFDSCAs were simulated in SpectreRF and one of them was implemented and tested. The design used a 0.25 mum BiCMOS process. All the results (synthesized, simulated and measured) are very close, which indicate that the genetic synthesis method is a very useful tool to design optimum performance RFDSCAs.

A fractional calculus perspective in the evolutionary design of combinational circuits

This paper analyses the performance of a genetic algorithm (GA) in the synthesis of digital circuits using two novel approaches. The first concept consists in improving the static fitness function by including a discontinuity evaluation. The measure of variability in the error of the Boolean table has similarities with the function continuity issue in classical calculus. The second concept extends the static fitness by introducing a fractional-order dynamical evaluation.

On-line self-healing of circuits implemented on reconfigurable FPGAs

To boost logic density and reduce per unit power consumption SRAM-based FPGAs manufacturers adopted nanometric technologies. However, this technology is highly vulnerable to radiation-induced faults, which affect values stored in memory cells, and to manufacturing imperfections. Fault tolerant implementations, based on Triple Modular Redundancy (TMR) infrastructures, help to keep the correct operation of the circuit. However, TMR is not sufficient to guarantee the safe operation of a circuit. Other issues like module placement, the effects of multi- bit upsets (MBU) or fault accumulation, have also to be addressed. In case of a fault occurrence the correct operation of the affected module must be restored and/or the current state of the circuit coherently re-established. A solution that enables the autonomous restoration of the functional definition of the affected module, avoiding fault accumulation, re-establishing the correct circuit state in real-time, while keeping the normal operation of the circuit, is presented in this paper.

Automated Synthesis Procedure of RF Discrete Tuning Differential Capacitance Circuits

The paper presents a RFDSCA automated synthesis procedure. This algorithm determines several RFDSCA circuits from the top-level system specifications all with the same maximum performance. The genetic synthesis tool optimizes a fitness function proportional to the RFDSCA quality factor and uses the epsiv-concept and maximin sorting scheme to achieve a set of solutions well distributed along a non-dominated front. To confirm the results of the algorithm, three RFDSCAs were simulated in SpectreRF and one of them was implemented and tested. The design used a 0.25 mum BiCMOS process. All the results (synthesized, simulated and measured) are very close, which indicate that the genetic synthesis method is a very useful tool to design optimum performance RFDSCAs.

A Fractional Calculus Perspective in the Evolutionary Design of Combinational Circuits

This paper analyses the performance of a genetic algorithm (GA) in the synthesis of digital circuits using two novel approaches. The first concept consists in improving the static fitness function by including a discontinuity evaluation. The measure of variability in the error of the Boolean table has similarities with the function continuity issue in classical calculus. The second concept extends the static fitness by introducing a fractional-order dynamical evaluation.

New Concepts Towards the Synthesis of Digital Circuits Through Genetic Algorithms

This paper analyses the performance of a Genetic Algorithm using two new concepts, namely a static fitness function including a discontinuity measure and a fractional-order dynamic fitness function, for the synthesis of combinational logic circuits. In both cases, experiments reveal superior results in terms of speed and convergence to achieve a solution.

A marcha humana: circuitos neuronais entre estruturas corticais vs sub-corticais

As conexões entre os níveis corticais e sub-corticais na activação da marcha Humana carecem de discussão. As alterações da marcha por lesão no território da Artéria Cerebral Média (ACM) podem ser explicadas pela disfunção de circuitos neuronais dos Núcleos da Base ao córtex e Núcleos Pedúnculo-Pontino. Este trabalho tem como objectivo identificar os percursos anatómicos das principais conexões entre as estruturas encefálicas referidas no território da ACM. Com base na topografia das conexões neuronais, é aceitável que as alterações da marcha sejam explicadas por alterações na função dos Núcleos da Base, através das suas conexões, enquanto moduladores da actividade motora.

Prevalência de dor cervical e incapacidade funcional na Escola Superior de Tecnologia da Saúde do Porto

A dor cervical é cada vez mais um problema comum e incapacitante nos países industrializados. O objectivo do estudo foi determinar a prevalência de dor cervical nos últimos seis meses, intensidade da dor e incapacidade funcional em indivíduos com dor cervical. O estudo do tipo observacional, descritivo e transversal. Amostra constituída por alunos, docentes, administrativos e auxiliares da ESTSP (n=285). Os instrumentos utilizados foram: questionário de caracterização da amostra, escala visual analógica e Neck Disability Index. A prevalência de dor cervical foi elevada e a dor classificada como moderada. A incapacidade funcional variou entre ligeira e moderada.

Effect of oxidative stress upon absorption of glucose by the human placenta: in vitro studies with BeWo cells

Pregnancy is a dynamic state and the placenta is a temporary organ that, among other important functions, plays a crucial role in the transport of nutrients and metabolites between the mother and the fetus, which is essential for a successful pregnancy. Among these nutrients, glucose is considered a primary source of energy and, therefore, fundamental to insure proper fetus development. Several studies have shown that glucose uptake is dependent on several morphological and biochemical placental conditions. Oxidative stress results from the unbalance between reactive oxygen species (ROS) and antioxidants, in favor of the first. During pregnancy, ROS, and therefore oxidative stress, increase, due to increased tissue oxygenation. Moreover, the relation between ROS and some pathological conditions during pregnancy has been well established. For these reasons, it becomes essential to understand if oxidative stress can compromise the uptake of glucose by the placenta. To make this study possible, a trophoblastic cell line, the BeWo cell line, was used. Experiments regarding glucose uptake, either under normal or oxidative stress conditions, were conducted using tert-butylhydroperoxide (tBOOH) as an oxidative stress inducer, and 3H-2-deoxy-D-glucose (3H-DG) as a glucose analogue. Afterwards, studies regarding the involvement of glucose facilitative transporters (GLUT) and the phosphatidylinositol 3-kinases (PI3K) and protein kinase C (PKC) pathways were conducted, also under normal and oxidative stress conditions. A few antioxidants, endogenous and from diet, were also tested in order to study their possible reversible effect of the oxidative effect of tBOOH upon apical 3H-DG uptake. Finally, transepithelial studies gave interesting insights regarding the apical-to-basolateral transport of 3H-DG. Results showed that 3H-DG uptake, in BeWo cells, is roughly 50% GLUT-mediated and that tBOOH (100 μM; 24h) decreases apical 3H-DG uptake in BeWo cells by about 33%, by reducing both GLUT- (by 28%) and non-GLUT-mediated (by 40%) 3H-DG uptake. Uptake of 3H-DG and the effect of tBOOH upon 3H-DG uptake are not dependent on PKC and PI3K. Moreover, the effect of tBOOH is not associated with a reduction in GLUT1 mRNA levels. Resveratrol, quercetin and epigallocatechin-3-gallate, at 50 μM, reversed, by at least 45%, the effect of tBOOH upon 3H-DG uptake. Transwell studies show that the apical-to-basolateral transepithelial transport of 3H-DG is increased by tBOOH.In conclusion, our results show that tBOOH caused a marked decrease in both GLUT and non-GLUT-mediated apical uptake of 3H-DG by BeWo cells. Given the association of increased oxidative stress levels with several important pregnancy pathologies, and the important role of glucose for fetal development, the results of this study appear very interesting.

Distribuição dos receptores da adenosina no plexo mioentérico – músculo longitudinal do íleo de rato: implicações funcionais

A acetilcolina (ACh) é o neurotransmissor mais importante no controlo da motilidade gastrointestinal. A libertação de ACh dos neurónios entéricos é regulada por receptores neuronais específicos (De Man et al., 2003). Estudos prévios demonstraram que a adenosina exerce um papel duplo na libertação de ACh dos neurónios entéricos através da activação dos receptores inibitórios A1 e facilitatórios A2A (Duarte-Araújo et al., 2004). O potencial terapêutico dos compostos relacionados com a adenosina no controlo da motilidade e da inflamação intestinal, levou-nos a investigar o papel dos receptores com baixa afinidade para a adenosina, A2B e A3, na libertação de acetilcolina induzida por estimulação eléctrica nos neurónios mioentéricos. Estudos de imunolocalização mostraram que os receptores A2B exibem um padrão de distribuição semelhante ao do marcador de células gliais (GFAP). No que respeita aos receptores A1 e A3, estes encontram-se distribuídos principalmente nos corpos celulares dos neurónios ganglionares mioentéricos, enquanto os receptores A2A estão localizados predominantemente nos terminais nervosos colinérgicos. Neste trabalho mostrou-se que a modulação da libertação de ACh-[3H] (usando os antagonistas selectivos DPCPX, ZM241385 e MRS1191) é balanceada através da activação tónica dos receptores inibitórios (A1) e facilitatórios (A2A e A3) pela adenosina endógena. O antagonista selectivo dos receptores A2B, PSB603, não foi capaz de modificar o efeito inibitório da NECA (análogo da adenosina com afinidade para receptores A2). O efeito facilitatório do agonista dos receptores A3, 2-Cl-IB MECA (1-10 nM), foi atenuado pelo MRS1191 e pelo ZM241385, os quais bloqueiam respectivamente os receptores A3 e A2A. Contrariamente à 2-Cl-IB MECA, a activação dos receptores A2A pelo CGS21680C, atenuou a facilitação da libertação de ACh induzida pela activação dos receptores nicotínicos numa situação em que a geração do potencial de acção neuronal foi bloqueada pela tetrodotoxina. A localização diferencial dos receptores excitatórios A3 e A2A ao longo dos neurónios mioentéricos explica porque razão a estimulação dos receptores A3 (com 2-Cl-IB MECA) localizados nos corpos celulares dos neurónios mioentéricos exerce um efeito sinérgico com os receptores facilitatórios A2A dos terminais nervosos no sentido de aumentarem a libertação de ACh. Os resultados apresentados consolidam e expandem a compreensão actual da distribuição e função dos receptores da adenosina no plexo mioentérico do íleo de rato, e devem ser tidos em consideração para a interpretação de dados relativos às implicações fisiopatológicas da adenosina nos transtornos da motilidade intestinal.

Efectividade de um programa de fisioterapia na radiculopatia cervical – estudo de caso

Introdução: Não existe um consenso quanto ao melhor tratamento para a radiculopatia cervical pois existe uma grande variedade de manifestações clínicas e opções terapêuticas, mas a sua selecção vai depender do caso particular do utente, sugerindo assim uma correcta avaliação do Fisioterapeuta. Objectivo: Este estudo pretende descrever e avaliar a efectividade de um programa de Fisioterapia num caso de radiculopatia cervical, na dor, funcionalidade e percepção da qualidade de vida. Participantes e Métodos: Estudo observacional descritivo tipo estudo de caso de um utente de 56 anos de idade, com radiculopatia cervical. Para a avaliação foram utilizados testes ortopédicos, a escala visual analógica e os questionários de incapacidade funcional da cervical e do membro superior bem como da percepção da qualidade de vida. Estes questionários foram aplicados em 3 momentos, antes da intervenção, no final e após 6 semanas e os restantes instrumentos foram utilizados em diversos momentos ao longo da intervenção. Esta foi efectuada duas vezes por semana, ao longo de 10 semanas recorrendo a técnicas de terapia manual, exercícios de controlo motor e educação do utente. Resultados: Verificou-se que a dor na cervical passou de 6,5 para 2/10 EVA e no cotovelo direito de 7,3 para 2/10. A resposta ao questionário de incapacidade funcional na cervical variou de 40% no primeiro momento para 11,1% no segundo, o da incapacidade funcional do membro superior variou de 63,6% para 33,5% e o questionário da percepção da qualidade de vida variou de 55,01 para 68,69. Seis semanas após a intervenção, todos estes resultados se mantinham praticamente inalterados. Conclusão: Este caso permitiu demonstrar o processo de raciocínio clínico efectuado ao longo de dez semanas de intervenção em que se utilizou uma abordagem centrada no utente, baseada na evidência científica e na experiência clínica anterior. Os resultados alcançados foram de encontro às expectativas iniciais e parecem evidenciar que, neste caso, o programa de fisioterapia teve efeitos positivos na dor, funcionalidade e percepção da qualidade de vida.

O efeito da inibição dos músculos Sub-occipitais na dor cervical e de cabeça e nas amplitudes articulares

Caso clínico: Este estudo observacional descritivo - tipo estudo de caso, tem como amostra uma senhora de 36 anos com dor cervical superior esquerda e de cabeça. Após uma avaliação inicial, a paciente foi submetida a três aplicações da técnica de inibição dos músculos sub-occipitais durante uma semana em dias alternados, com o objetivo de quantificar o seu efeito nas amplitudes articulares cervicais, na dor e na funcionalidade. Para o efeito foram utilizados como instrumentos o Cervical Range of Motion Instrument, a Escala Visual Analógica e o Índice de Incapacidade relacionada com a Cervical. A paciente foi reavaliada em três momentos distintos (1’ após a primeira aplicação da técnica e oito e quinze dias depois). O resultado imediato da técnica foi de um ligeiro aumento nalgumas amplitudes articulares mas noutras ocorreu uma diminuição dos seus valores. Após 8 e 15 dias houve um aumento de todas as amplitudes articulares cervicais à exceção da inclinação e da rotação esquerda que diminuíram ligeiramente em relação à avaliação inicial e da extensão que manteve a mesma amplitude articular. Quanto à sintomatologia dolorosa foi eliminada por completo e a pontuação da funcionalidade passou de 18 para zero logo após a primeira intervenção. A aplicação desta técnica, nesta paciente, aumentou as amplitudes articulares cervicais, eliminou a dor cervical e de cabeça e melhorou a funcionalidade.