Projectes de modelatge i simulació avançada de sistemes mitjançant l'entorn ARENA

En l’exercici de les funcions típiques de qualsevol activitat humana, l’home ha de prendre decisions d’un o altre tipus permanentment i aquesta situació porta afegit, per lo general risc i incertesa, el que compromet la qualitat i l’èxit de la decisió. Per ajudar i contrarestar aquesta situació, l’home ha desenvolupat a través del temps una diversitat d’eines que li permeten minimitzar el risc i la incertesa en la presa de decisions. La simulació és una d’aquestes eines. Mitjançant la seva aplicació no només s’aconsegueix la comesa anterior, sinó que també es minimitzen els costos involucrats en la decisió mitjançant un millor ús dels recursos, la disminució del temps emprat per a la seva realització i la minimització de les probabilitats de risc. Aquest projecte representa la continuació d’un primer estudi introductori de la simulació anomenat: Estudi i guia docent per a modelatge i simulació de sistemes mitjançant l’entorn ARENA [9]. Realitzat per l’alumna d’Enginyeria en Organització Industrial de la Universitat de Vic, Montse Carbonell Crosas, l’any 2008 i sota la codirecció del director d’aquest segon projecte, el professor Juli Ordeix Rigo. Aquest nou projecte s’inicia amb una primera part teòrica, continguda dins del primer volum, la qual reforça els conceptes teòrics referents a la simulació amb ARENA, ja vistos en l’anterior projecte. Complementant aquells considerats bàsics i els de més utilitat i finalitza introduint nous conceptes avançats. Els nous capítols de temàtica avançada, junt als primers més bàsics de la primera part són exercitats dins de la segona, formant el segon volum d’aquest projecte. El mateix requereix la participació activa de l’alumne, per tal de realitzar cadascun dels 89 exercicis pràctics que es plantegen i poder onsolidar l’aprenentatge teòric d’aquesta eina avançada de simulació fent consultes als apartats teòrics recomanats dins de cada exercici. La complexitat dels exercicis anirà augmentant gradualment i s’insisteix en seguir la metodologia presentada en el projecte per a realitzar-los tots de forma ordenada i ascendent. L’ alumne quan acabi la part pràctica, haurà consolidat tota la part teòrica i serà capaç d’exercir com analista per tal de generar els seus propis projecte de simulació.

Exploring the rate-limiting steps in visual phototransduction recovery by bottom-up kinetic modeling

Phototransduction in vertebrate photoreceptor cells represents a paradigm of signaling pathways mediated by G-protein-coupled receptors (GPCRs), which share common modules linking the initiation of the cascade to the final response of the cell. In this work, we focused on the recovery phase of the visual photoresponse, which is comprised of several interacting mechanisms. We employed current biochemical knowledge to investigate the response mechanisms of a comprehensive model of the visual phototransduction pathway. In particular, we have improved the model by implementing a more detailed representation of the recoverin (Rec)-mediated calcium feedback on rhodopsin kinase and including a dynamic arrestin (Arr) oligomerization mechanism. The model was successfully employed to investigate the rate limiting steps in the recovery of the rod photoreceptor cell after illumination. Simulation of experimental conditions in which the expression levels of rhodospin kinase (RK), of the regulator of the G-protein signaling (RGS), of Arr and of Rec were altered individually or in combination revealed severe kinetic constraints to the dynamics of the overall network. Our simulations confirm that RGS-mediated effector shutdown is the rate-limiting step in the recovery of the photoreceptor and show that the dynamic formation and dissociation of Arr homodimers and homotetramers at different light intensities significantly affect the timing of rhodopsin shutdown. The transition of Arr from its oligomeric storage forms to its monomeric form serves to temper its availability in the functional state. Our results may explain the puzzling evidence that overexpressing RK does not influence the saturation time of rod cells at bright light stimuli. The approach presented here could be extended to the study of other GPCR signaling pathways.

Mutant huntingtin impairs the post-Golgi trafficking of brain-derived neurotrophic factor but not its Val66Met polymorphism.

Brain-derived neurotrophic factor (BDNF) polymorphism is associated with the pathophysiology of several neurodegenerative disorders, including Huntington"s disease. In view ofthese data andthe involvement of huntingtin in intracellular trafficking, we examined the intracellular transport and release of Val66Val BDNF (Val-BDNF) and Val66Met BDNF (Met-BDNF) in transfected striatal knock-in cells expressing wild-type or mutant full-length huntingtin. Colocalization studies with specific markers for endoplasmic reticulum showed no differences between the Val-BDNF and Met-BDNF and were not modified by mutant huntingtin. However, post-Golgi trafficking was altered by mutant huntingtin dependent on the BDNF form. Thus, fluorescence recovery after photobleaching (FRAP) and inverse FRAP analysis showed retention of Met-BDNF inthe Golgi apparatus with respectto Val-BDNF in wild-type cells. Strikingly, mutant huntingtin diminished post-Golgi trafficking of Val-BDNF, whereas Met-BDNF was not modified. Accordingly, a reduction in the number of transport vesicles was only observed in mutant huntingtin cells transfected with Val-BDNF but not Met-BDNF. Moreover, mutant huntingtin severely affectedthe KCl-evoked release of Val-BDNF, although it had little effect on Met-BDNF regulated release. The constitutive release of Val-BDNF or Met-BDNF in mutant cells was only slightly reduced. Interestingly, mutant huntingtin only perturbed post-Golgi trafficking of proteins that follow the regulated secretory pathway (epidermal growth factor receptor or atrial natriuretic factor), whereas it did not change those that follow the constitutive pathway (p75 NTR ). We conclude that mutant huntingtin differently affects intracellular transport and release of Val-BDNF and Met-BDNF. In addition, our findings reveal a new role for huntingtin in the regulation of the post-Golgi trafficking of the regulated secretory pathway.

Likelihood-based approaches to modeling demand for medical care

We review recent likelihood-based approaches to modeling demand for medical care. A semi-nonparametric model along the lines of Cameron and Johansson's Poisson polynomial model, but using a negative binomial baseline model, is introduced. We apply these models, as well a semiparametric Poisson, hurdle semiparametric Poisson, and finite mixtures of negative binomial models to six measures of health care usage taken from the Medical Expenditure Panel survey. We conclude that most of the models lead to statistically similar results, both in terms of information criteria and conditional and unconditional prediction. This suggests that applied researchers may not need to be overly concerned with the choice of which of these models they use to analyze data on health care demand.

Experimental exposure of the blue mussel (Mytilus edulis, L.) to the toxic dinoflagellate Alexandrium fundyense: Histopathology, immune responses, and recovery

Mussels (Mytilus edulis) were exposed to cultures of the toxic dinoflagellate Alexandrium fundyense or the non-toxic alga Rhodomonas sp. to evaluate the effects of the harmful alga on the mussels and to study recovery after discontinuation of the A. fundyense exposure. Mussels were exposed for 9 days to the different algae and then all were fed Rhodomonas sp. for 6 more days. Samples of hemolymph for hemocyte analyses and tissues for histology were collected before the exposure and periodically during exposure and recovery periods. Mussels filtered and ingested both microalgal cultures, producing fecal pellets containing degraded, partially degraded, and intact cells of both algae. Mussels exposed to A. fundyense had an inflammatory response consisting of degranulation and diapedesis of hemocytes into the alimentary canal and, as the exposure continued, hemocyte migration into the connective tissue between the gonadal follicles. Evidence of lipid peroxidation, similar to the detoxification pathway described for various xenobiotics, was found; insoluble lipofuchsin granules formed (ceroidosis), and hemocytes carried the granules to the alimentary canal, thus eliminating putative dinoflagellate toxins in feces. As the number of circulating hemocytes in A. fundyense-exposed mussels became depleted, mussels were immunocompromised, and pathological changes followed, i.e., increased prevalences of ceroidosis and trematodes after 9 days of exposure. Moreover, the total number of pathological changes increased from the beginning of the exposure until the last day (day 9). After 6 days of the exposure, mussels in one of the three tanks exposed to A. fundyense mass spawned; these mussels showed more severe effects of the toxic algae than non-spawning mussels exposed to A. fundyense. No significant differences were found between the two treatments during the recovery period, indicating rapid homeostatic processes in tissues and circulating hemocytes.

Wellposedness of a nonlinear, logarithmic Schrödinger equation of Doebner-Goldin type modeling quantum dissipation

This paper is concerned with the modeling and analysis of quantum dissipation phenomena in the Schrödinger picture. More precisely, we do investigate in detail a dissipative, nonlinear Schrödinger equation somehow accounting for quantum Fokker–Planck effects, and how it is drastically reduced to a simpler logarithmic equation via a nonlinear gauge transformation in such a way that the physics underlying both problems keeps unaltered. From a mathematical viewpoint, this allows for a more achievable analysis regarding the local wellposedness of the initial–boundary value problem. This simplification requires the performance of the polar (modulus–argument) decomposition of the wavefunction, which is rigorously attained (for the first time to the best of our knowledge) under quite reasonable assumptions.

Efecte de la recurrència dels incendis sobre la vegetació i el sòl a les zons de bosc del Macizo Central Ourensano

En els últims 30 anys, el número d’incendis patits a Galicia han augmentat de manera important. En el Massís Central Ourensano l’home ha utilitzat el foc com a eina de gestió forestal per tal de permetre pasturar al bestiar i per tal de recuperar terres per a pastos i culius. Aquesta pràctica ha generat grans extensions de matollar sec europeu on hi hauria d’haver formacions boscoses. Partim de la necessitat de recuperar zones de bosc i ecosistema original i per això mesurem el comportament de les diferents espècies que trobem al matollar y al bosc en aquestes altituds davant la pertorbació que suposen els incendis recurrents. Per realitzar això s’ha mostrejat la vegetació de zones cremades en moments diferents o repetides vegades, mesurant superfície i alçades així com nombre d’individus de cada espècie. També s’han analitzat perfils del sòl per tal de conèixer amb més detall les característiques de cada zona. S’ha observat mitjançant el mostreig com per a la recuperació del matollar el factor determinant és el temps, encara que no trobem un sòl de bona qualitat i profund, en una mitjana de 8 anys trobem un matollar ben desenvolupat amb una bona diversitat d’espècies i grau de cobertura. En canvi, per tal d’arribar a un estat de la successió vegetal on trobem un bosc és necessari que existeixin comunitats arbòries a prop per tal de que arribin individus al matollar desenvolupat. Cal aleshores treballar en l’educació de la població i en la cerca d’alternatives a la gestió forestal vigent, donant èmfasi en la valoració econòmica dels ecosistemes en bon estat i facilitant que aquest bon estat proporcioni beneficis a la població local. Per això cal generar una infraestructura per atraure un turisme rural respectuós amb el medi al mateix temps que es duen altres iniciatives com la implantació de centrals de biomassa als pobles que puguin proporcionar calefacció o aigua calenta. Generant llocs de feina i estalvis a la població d’una zona on l’economia encara es basa potencialment en la ramaderia. Al mateix temps l’esforç monetari dedicat a les plantacions ha de dedicar-se a generar espais al territori amb espècies autòctones com el roure en aquells matollars que presentin condicions adients per a recuperar el bosc.