Hierarchical Reinforcement Learning in Behavior and the Brain

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Biology, Neuroscience

Machine learning Gaussian short rate

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Estatística e Gestão do Risco

Estudo para a implementação de um sitema de e/b-learning no Centro de Formação da RTP

Trabalho de Projeto apresentado para cumprimento dos requisitos necessários à obtenção do grau de Mestre em Gestão de Sistemas de e-­‐Learning

O treino da expressão oral, estratégias em E-learning

Trabalho de Projeto apresentado para cumprimento dos requisitos necessários à obtenção do grau de Mestre em Gestão de Sistemas de E‐learning

Haptic robot-environment interaction for self-supervised learning in ground mobility

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores

Integração de um Modelo de Aprendizagem em Blended-Learning no Curso de Informática Educativa, do Instituto Superior de Ciências da Educação da Huíla

Trabalho de Projecto apresentado para cumprimento dos requisitos necessários à obtenção do grau de Mestre em Gestão de Sistema de E-learning

Ultrassonografia torácica : impacto no diagnóstico e estadiamento do cancro do pulmão

RESUMO:RESUMO: Nos últimos anos a ultrassonografia emergiu como um instrumento importante no diagnóstico da patologia torácica. O progresso tecnológico possibilitou a conceção de novos equipamentos como a ecoendoscopia brônquica radial e linear. Verificou-se, igualmente, o aparecimento de indicações para a realização de ecografia transtorácica. Uma das principais doenças impulsionadoras da técnica ultrassonográfica no tórax foi o cancro do pulmão, primeira causa de morte oncológica a nível mundial. A aplicabilidade e conhecimento do papel dos ultrassons no âmbito do diagnóstico e estadiamento do cancro do pulmão não se encontram esgotados, persistindo focos de controvérsia e dúvida científica que se pretendem esclarecer. A presente tese foi organizada em cinco capítulos: o primeiro abordou de forma geral e introdutória o estado da arte referente à ultrassonografia torácica, cancro do pulmão e a sua conjugação; o segundo destacou os principais objetivos; o terceiro sumarizou a metodologia utilizada; o quarto englobou os cinco estudos publicados, descritos subsequentemente, e o quinto incluiu uma discussão concisa, as principais conclusões e perspetivas futuras. O primeiro estudo avaliou a rentabilidade diagnóstica, segurança e curva de aprendizagem num coorte de 179 doentes submetidos a ecoendoscopia brônquica linear. De acordo com as indicações para este procedimento os doentes foram subdivididos em três grupos: (1) diagnóstico, (2) diagnóstico e estadiamento e (3) estadiamento. Para o primeiro, segundo e terceiro grupos a sensibilidade da ecoendoscopia foi 86.1%, 86.7% e 95% respetivamente e a precisão técnica foi 87.5%, 93.1% e 97.7% respetivamente. O treino originou um aumento progressivo do número de locais puncionados por doente, com menor duração e sem complicações, comprovando a eficácia e segurança do método quando realizado na população Portuguesa por broncologistas com experiência. O segundo estudo foi conduzido para averiguar a eficácia e custo da ecoendoscopia brônquica linear realizada através da via aérea e/ou esófago no diagnóstico de lesões sugestivas de neoplasia do pulmão, após ineficácia das técnicas convencionais. Nos doentes incluídos prospetivamente alcançou-se um diagnóstico definitivo em 106 casos (87.6%). A sensibilidade global para o diagnóstico de cancro do pulmão foi 89.8%, a especificidade foi 100%, o valor preditivo positivo foi 100%, o valor preditivo negativo foi 20% e a precisão foi 90.1%. Esta estratégia ultrassonográfica abrangente evitou intervenções cirúrgicas diagnósticas em doentes anteriormente submetidos a broncoscopia flexível ou punção aspirativa transtorácica guiada por tomografia computorizada, proporcionando uma redução significativa dos custos. No terceiro estudo investigou-se a viabilidade e papel da conjugação da ecoendoscopia brônquica linear com técnicas moleculares na avaliação de antigénios tumorais e padrões de metastização ganglionar em doentes com cancro do pulmão de não-pequenas células (CPNPC). Os marcadores citoqueratina 19 (CK-19), antigénio carcinoembrionário (CEA), molécula de adesão celular epitelial (EPCAM), sialyl-Lewis X e CD44 foram determinados nos aspirados ganglionares de 33 doentes com neoplasia e 17 controlos 10 Ultrassonografia através de citometria de fluxo (CF) e reação em cadeia da polimerase em tempo real (RTPCR). Os doentes com CPNPC possuíam um compartimento celular epitelial significativamente aumentado e com marcação superior de CK-19 comparativamente ao grupo de controlo. O compartimento imune foi também analisado nestas amostras e revelou-se alterado no CPNPC com aumento da população de monócitos e diminuição das subpopulações linfocitárias. Os transcriptos de CK-19, CEA e EPCAM estavam elevados nos doentes com cancro do pulmão, identificando-se uma correlação positiva entre estes marcadores e o tamanho da lesão primária. Concluiu-se que a identificação de CK-19, CEA e EPCAM nas amostras obtidas por ecoendoscopia e avaliadas por CF e RTPCR foi viável, podendo auxiliar na deteção de metástases ganglionares no CPNPC. O quarto estudo envolveu a combinação da ecoendoscopia brônquica radial com uma criosonda para o diagnóstico de lesões pulmonares sólidas periféricas. Foi determinada a viabilidade, rentabilidade diagnóstica, tamanho das amostras e segurança do método. Lesões inferiores a 40mm foram localizadas por ultrassonografia sendo os doentes randomizados para a realização de biópsias transbrônquicas com pinça seguidas por criosonda ou vice-versa. Nos 39 casos incluídos a lesão foi visualizada pela minisonda em 31 doentes (79.5%), com 80.6% de prevalência de cancro do pulmão na amostra. A rentabilidade diagnóstica da pinça de biópsia foi 61.3% e da criosonda foi 74.2%. O tamanho do tecido adquirido pelas criobiópsias foi significativamente maior do que o alcançado por pinça (11.17mm2 vs. 4.69mm2, p<0.001). Ocorreu um único caso de hemorragia moderada, controlada através de medidas conservadoras. As biópsias transbrônquicas com criosonda sob orientação de ecoendoscopia radial foram seguras e eficazes na obtenção de amostras histológicas. O quinto estudo determinou o valor diagnóstico da ecografia transtorácica na identificação de malignidade em doentes com derrame pleural de natureza indeterminada. Foram examinados de forma prospetiva 154 doentes. Os resultados clínicos e radiológicos de cada caso foram ocultados ao executante do exame que gerou imagens estáticas e vídeos ultrassonográficos relevantes. Estes foram posteriormente visualizados, sendo as suas características classificadas por revisores independentes e comparadas com o diagnóstico definitivo. Em 66 casos o diagnóstico foi de derrame pleural maligno (68.2% com cancro do pulmão) e em 67 de derrame benigno. A ecografia torácica obteve 80.3% de sensibilidade, 83.6% de especificidade, 81.2% de valor preditivo negativo e 82.8% de valor preditivo positivo na deteção de malignidade. A nodularidade pleural ou diafragmática, espessamento pleural superior a 10mm e sinal de swirling foram significativamente diferentes (p<0.001) sendo sugestivos de derrame maligno. A existência de nodularidade pleural e ausência de broncograma aéreo ecográfico aumentaram a probabilidade de malignidade (OR 29.0 e OR 10.4, respetivamente). A ecografia transtorácica permitiu diferenciar derrame pleural maligno do benigno. A existência de nódulos pleurais constituiu o fator discriminador mais relevante. Em conclusão, os resultados desta tese possibilitam uma melhor compreensão do papel da ecoendoscopia brônquica (linear e radial) e ecografia transtorácica no diagnóstico e estadiamento do cancro do pulmão, com implicações e aplicabilidade na prática clínica.------------- ABSTRACT: In recent years ultrasonography has emerged as an important instrument in the diagnosis of thoracic diseases. Technological progress has enabled the design of new equipment such as radial and linear endobronchial ultrasound. In addition, indications for transthoracic echography were established. One of the main diseases responsible for the progression of chest sonography was lung cancer, the leading cause of cancer mortality worldwide. The applicability and knowledge of the role of ultrasonography in diagnosing and staging lung cancer is not depleted, persisting foci of controversy and scientific doubt that we intend to elucidate. The present thesis was organized into five chapters: the first included a general introduction regarding chest ultrasound, lung cancer and their combination; the second emphasized the main objectives; the third summarized the methodology used; the fourth encompassed the five published studies, subsequently described, and the fifth included a concise discussion, the main findings and future perspectives. The first study evaluated the diagnostic yield, safety and learning curve in a cohort of 179 patients submitted to linear endobronchial ultrasound. According to procedure indications, the patients were divided into three groups: (1) diagnosis, (2) diagnosis and staging, and (3) staging. For the first, second and third groups, endobronchial ultrasound sensitivity was 86.1%, 86.7% and 95% respectively and accuracy was 87.5%, 93.1% and 97.7% respectively. Practise led to an increase number of punctured sites per patient, in a shorter period of time and without complications, proving the safety and efficacy of the method when performed in the Portuguese population by expert echoscopists. The second study was conducted to determine the efficacy and cost of linear endobronchial ultrasound performed through the airway and/or oesophagus for diagnosis of lesions suggestive of lung cancer, after failure of conventional techniques. Of the patients prospectively enrolled a definitive diagnosis was reached in 106 cases (87.6%). The overall sensitivity for the diagnosis of lung cancer was 89.8%, specificity was 100%, positive predictive value was 100%, negative predictive value was 20% and accuracy was 90.1%. In conclusion, this global ultrasonographic strategy avoided diagnostic surgical procedures in patients that had undergone flexible bronchoscopy or computed tomography-guided transthoracic needle aspiration, providing a significant cost reduction. In the third study, the feasibility and role of linear endobronchial ultrasound combined with molecular techniques in the evaluation of tumour antigens and patterns of lymph node metastasis in patients with non-small cell lung cancer (NSCLC) was investigated. Cytokeratin 19 (CK-19), carcinoembryonic antigen (CEA), epithelial cell adhesion molecule (EPCAM), sialyl Lewis-X and CD44 were determined in lymph node aspirates of 33 lung cancer patients and 17 controls, using flow cytometry (FC) and reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR). In patients with NSCLC the epithelial cell compartment was significantly increased nd showed brighter CK-19 staining, compared to the control group. In NSCLC patients the immune compartment revealed an increased monocyte population and decreased lymphocyte subsets. The transcripts of CK- 19, CEA and EPCAM were higher in lung cancer patients and a positive correlation between these markers and the size of the primary lesion was also found. We concluded that the identification of CK-19, CEA and EPCAM in endobronchial ultrasound samples, using RT-PCR and FC was feasible and might aid in the detection of NSCLC lymph node metastases. The fourth study involved the combination of the radial endobronchial ultrasound with the cryoprobe for diagnosing solid peripheral lung lesions. We determined the feasibility, diagnostic yield, sample size and safety of the method. Lesions less than 40mm were located by ultrasound and forceps or cryobiopsies were performed in a randomized order. Of the 39 cases included, the lesion could be visualized by the miniprobe in 31 patients (79.5%), and lung cancer prevalence was 80.6%. The diagnostic yield of the biopsy forceps was 61.3% and for the cryobiopsy was 74.2 %. Cryobiopsies were significantly larger than forceps biopsies (11.17mm2 vs. 4.69mm2, p<0.001). There was only one case of moderate bleeding that was controlled by conservative measures. Transbronchial cryobiopsies under radial endobronchial ultrasound guidance were safe and effective in obtaining histological samples. The fifth study determined the diagnostic value of transthoracic sonography in predicting malignancy in patients with an undiagnosed pleural effusion. One hundred and fifty four patients were prospectively scanned. Relevant ultrasound images and videos were generated by an operator blinded to clinical and radiological results. These were subsequently visualized, its characteristics classified by independent reviewers and compared to the final diagnosis. A malignant pleural effusion was diagnosed in 66 cases (68.2 % with lung cancer) and a benign effusion in 67 cases. Thoracic ultrasound had a sensitivity of 80.3 %, specificity of 83.6%, negative predictive value of 81.2 % and positive predictive value of 82.8% to detect malignancy. The presence of pleural or diaphragmatic nodularity, pleural thickening greater than 10mm and swirling signal were significantly different (p<0.001 ), being suggestive of malignant effusion. The existence of pleural nodularity and absence of lung air bronchogram were more likely to indicate malignancy (OR 29.0 and OR 10.4, respectively). Transthoracic ultrasonography permits the distinction between malignant and benign pleural effusions. Pleural nodules were the most relevant feature. In conclusion, the results of this thesis provide a better understanding of the role of endobronchial ultrasound (linear and radial) and transthoracic sonography in lung cancer diagnosis and staging, with direct implications and applicability in clinical practice.

Personal Learning Environments – Um Ecossistema de Aprendizagem em e-Learning

Esta investigação tem como tema de estudo os ambientes pessoais de aprendizagem que se podem desenvolver em e-learning. Estes ambientes com características singulares, face ao atual estado de desenvolvimento tecnológico e social, têm sido designados na doutrina científica pela expressão anglo-saxónica Personal Learning Environments, da qual derivam os acrónimos PLE ou PLEs. Este estudo tem, como objetivo, compreender o papel dos PLEs na aprendizagem dos alunos da parte letiva do Mestrado em Gestão de Sistemas de e-Learning, da Faculdade de Ciências Sociais e Humanas da Universidade Nova de Lisboa, nos biénios que decorreram de 2010-2011 a 2012-2013. Estes alunos, ao longo da sua aprendizagem, utilizaram várias ferramentas e/ou serviços associados com as TIC e Web 2.0. Esta utilização permitiu aos alunos criarem um ecossistema de aprendizagem próprio. A metodologia de investigação utilizada teve em consideração sobretudo aspetos qualitativos. A estratégia utilizada para a recolha de informações foi o inquérito por questionário. As informações recolhidas foram sujeitas a tratamento estatístico descritivo, e posterior triangulação dos resultados de algumas das variáveis.Dos resultados obtidos, é possível concluir que os alunos do Mestrado criaram os seus próprios PLEs e que estes facilitaram as suas aprendizagens. Que a sua utilização conferiu vantagens aos alunos. Que os PLEs foram fundamentais para poderem desenvolver atividades colaborativas, e que criaram um ecossistema próprio, uma rede de troca de conhecimentos.

Learning Activities with Semantic. Hypermedia in Higher Education

The increasing use of information and communication technologies (ICT) in diverse professional and personal contexts calls for new knowledge, and a set of abilities, competences and attitudes, for an active and participative citizenship. In this context it is acknowledged that universities have an important role innovating in the educational use of digital media to promote an inclusive digital literacy. The educational potential of digital technologies and resources has been recognized by both researchers and practitioners. Multiple pedagogical models and research approaches have already contributed to put in evidence the importance of adapting instructional and learning practices and processes to concrete contexts and educational goals. Still, academic and scientific communities believe further investments in ICT research is needed in higher education. This study focuses on educational models that may contribute to support digital technology uses, where these can have cognitive and educational relevance when compared to analogical technologies. A teaching and learning model, centered in the active role of the students in the exploration, production, presentation and discussion of interactive multimedia materials, was developed and applied using the internet and exploring emergent semantic hypermedia formats. The research approach focused on the definition of design principles for developing class activities that were applied in three different iterations in undergraduate courses from two institutions, namely the University of Texas at Austin, USA and the University of Lisbon, Portugal. The analysis of this study made possible to evaluate the potential and efficacy of the model proposed and the authoring tool chosen in the support of metacognitive skills and attitudes related to information structuring and management, storytelling and communication, using computers and the internet.

Learning facial-expression models with crowdsourcing

The computational power is increasing day by day. Despite that, there are some tasks that are still difficult or even impossible for a computer to perform. For example, while identifying a facial expression is easy for a human, for a computer it is an area in development. To tackle this and similar issues, crowdsourcing has grown as a way to use human computation in a large scale. Crowdsourcing is a novel approach to collect labels in a fast and cheap manner, by sourcing the labels from the crowds. However, these labels lack reliability since annotators are not guaranteed to have any expertise in the field. This fact has led to a new research area where we must create or adapt annotation models to handle these weaklylabeled data. Current techniques explore the annotators’ expertise and the task difficulty as variables that influences labels’ correction. Other specific aspects are also considered by noisy-labels analysis techniques. The main contribution of this thesis is the process to collect reliable crowdsourcing labels for a facial expressions dataset. This process consists in two steps: first, we design our crowdsourcing tasks to collect annotators labels; next, we infer the true label from the collected labels by applying state-of-art crowdsourcing algorithms. At the same time, a facial expression dataset is created, containing 40.000 images and respective labels. At the end, we publish the resulting dataset.

Improving Learners’ Motivation through Feedback in English Language Teaching and Learning at Polytechnic School in Benguela, Angola

Currently, it is widely perceived among the English as a Foreign Language (EFL) teaching professionals, that motivation is a central factor for success in language learning. This work aims to examine and raise teachers’ awareness about the role of assessment and feedback in the process of language teaching and learning at polytechnic school in Benguela to develop and/or enhance their students’ motivation for learning. Hence the paper defines and discusses the key terms and, the techniques and strategies for an effective feedback provision in the context under study. It also collects data through the use of interview and questionnaire methods, and suggests the assessment and feedback types to be implemented at polytechnic school in Benguela

O trabalho em pequeno grupo no ensino da História e da Geografia no Ensino Básico e Secundário

Este relatório foi elaborado no âmbito da Prática de Ensino Supervisionada nas disciplinas de Geografia e História durante no ano letivo de 2013/2014 na Escola Secundária Seomara da Costa Primo. Os objetivos deste trabalho são avaliar a importância da realização de trabalhos em pequeno grupo para a motivação dos alunos em sala de aula; demonstrar que o trabalho em pequeno grupo promove o desenvolvimento das aprendizagens dos alunos e evidenciar que o trabalho em pequeno grupo promove capacidades de trabalhar em equipa, socializar e ter comportamentos e atitudes sociais adequados para a vida futura dos alunos. Estes objetivos foram testados no contexto de sala de aula através da realização de trabalhos em pequeno grupo de índole cooperativa com alunos do Ensino Básico. As conclusões a que se chegou foram as de que o trabalho em pequeno grupo na sala de aula promove um maior grau motivacional nos alunos, favorecendo uma maior e melhor aprendizagem, uma vez que os alunos passam a ser parte ativa no processo de ensinoaprendizagem. Em relação às competências sociais os alunos desenvolvem-nas através desta metodologia de ensino.

The Visual and Virtual in Contemporary European Learning Contexts

Special issue of Anthropology in Action originated from the Working Images Conference, a joint meeting of TAN and VAN EASA networks

Learning new tricks: Corticostriatal dynamics during novel skill learning

Learning novel actions and skills is a prevalent ability across multiple species and a critical feature for survival and competence in a constantly changing world. Novel actions are generated and learned through a process of trial and error, where an animal explores the environment around itself, generates multiple patterns of behavior and selects the ones that increase the likelihood of positive outcomes. Proper adaptation and execution of the selected behavior requires the coordination of several biomechanical features by the animal. Cortico-basal ganglia circuits and loops are critically involved in the acquisition, learning and consolidation of motor skills.(...)