Bilinear models for spatio-temporal point distribution analysis: application to extrapolation of left ventricular, biventricular and whole heart cardiac dynamics

In this work we describe the usage of bilinear statistical models as a means of factoring the shape variability into two components attributed to inter-subject variation and to the intrinsic dynamics of the human heart. We show that it is feasible to reconstruct the shape of the heart at discrete points in the cardiac cycle. Provided we are given a small number of shape instances representing the same heart atdifferent points in the same cycle, we can use the bilinearmodel to establish this. Using a temporal and a spatial alignment step in the preprocessing of the shapes, around half of the reconstruction errors were on the order of the axial image resolution of 2 mm, and over 90% was within 3.5 mm. From this, weconclude that the dynamics were indeed separated from theinter-subject variability in our dataset.

Spatio-temporal variations in reproductive patterns and population structure of Pasiphaea multidentata (Decapoda: Caridea) in the Blanes canyon and adjacent margin, North-western Mediterranean Sea

The bathyal faunal communities of the NW Mediterranean slopes have been studied consistently in the last two decades, with a special focus on population structure, trophic dynamics and benthopelagic coupling of commercial deep-sea decapod crustaceans and fishes (reviewed in Sardà et al. 2004) and associated species (Cartes and Sardà, 1993; Company and Sardà, 1997, 2000; Cartes et al., 2001; Company et al., 2001, 2003, 2004). One of the major topographic features in the North-western Mediterranean slope is the presence of submarine canyons. Canyons play a major role in funnelling energy and organic matter from the shelf to bathyal and abyssal depths (Puig et al., 2000), but the implications of this enhanced organic supply in the deep-sea benthic communities is still mostly unknown. Trophic supply can follow two major pathways – vertical deposition in the water column (Billett et al., 1983; Baldwin et al., 1998; Lampitt et al., 2001) or down-slope advection on the margins (Puig et al., 2001; Bethoux et al., 2002; Canals et al., 2006) – and can be a limiting factor in the deep-sea, being especially important in the oligotrophic Mediterranean Sea (Sardà et al., 2004). Differences in the quantity, quality and timing of organic matter input to the deep seafloor have been used to explain patterns of biomass and abundance in benthic communities (Levin et al., 1994; Gooday & Turley, 1990; Billett et al., 2001; Galéron et al., 2001; Puig et al., 2001; Gage, 2003) as well as other biological process and in particular the existence of seasonal reproduction (Tyler et al., 1994; Company et al., 2004 (MEPS). Reproduction is a highly energetic process tightly linked to food availability and quality.

Front dynamics in the presence of spatio-temporal structured noises

Front dynamics modeled by a reaction-diffusion equation are studied under the influence of spatiotemporal structured noises. An effective deterministic model is analytical derived where the noise parameters, intensity, correlation time, and correlation length appear explicitly. The different effects of these parameters are discussed for the Ginzburg-Landau and Schlögl models. We obtain an analytical expression for the front velocity as a function of the noise parameters. Numerical simulation results are in a good agreement with the theoretical predictions.

Interaccions arbre-arbust al límit superior del bosc i efectes de gradients bioclimàtics en la vegetació

Durant el periode d’elaboració d’aquesta tesi hem aprofundit en el coneixement dels factors que controlen les dinàmiques espacio-temporals del límit superior del bosc. Aquest ecotò se situa entre el límit superior del bosc i els prats alpins i és susceptible a canvis ambientals, fet que provoca que fluctuï altitudinalment i latitudinalment en funció d’aquests canvis. Els motius d’aquesta dinàmica s’ha estudiat sovint des d’un punt de vista climàtic, però mai fins ara s’havia estudiat des d’un punt de vista de les interaccions entre organismes. Per aquest fet hem estat evaluant l’efecte de les interaccions planta-planta en la regulació de la dinàmica supraforestal. L’estudi l’hem emmarcat en un context alpí (als Pirineus Catalans) i en un context subàrtic (Lapònia, Suècia), fet que ens ha permès fer un estudi comparatiu en dos ecotons contrastats però homòlegs ecològicament. Hem desenvolupat una sèrie d’experiments considerant diversos factors (augment de temperatura, quantitat de nutrients, presència d’arbust, posició en l’ecotò); en les dues zones d’estudi hem fet una plantació de plançons dels arbres formadors del límit del bosc en les diverses situacions derivades de la combinació d’aquests factors, i hem fet el seguiment fenològic dels plançons durant tres periodes de creixement. Els resultats dels experiments ens han permès veure que les interaccions entre organismes tenen una gran importància en la regulació de la dinàmica supraforestal, tant als Pirineus com a Lapònia. Les interaccions planta-planta i planta-herbívors determinen el reclutament de plançons i per tant l’estructuració de les comunitats supraforestals. Per altra banda, la posició en l’ecotò evidencia la presència d’un gradient bioclimàtic; les manipulacions ambientals de temperatura i nutrients originen una resposta generalment positiva en el desenvolupament dels plançons, indicant que canvis en aquestes variables pot suposar alteracions notables de l’estructura forestal del límit del bosc. Per altra banda en aquest projecte també hem aprofundit en temes relacionats amb l'efecte dels gradients altitudinals en la distribució de plantes vasculars als Pirineus Catalans.

Interaccions arbre-arbust al límit superior del bosc i efectes de gradients bioclimàtics en la vegetació

Durant el periode d’elaboració d’aquesta tesi hem aprofundit en el coneixement dels factors que controlen les dinàmiques espacio-temporals del límit superior del bosc. Aquest ecotò se situa entre el límit superior del bosc i els prats alpins i és susceptible a canvis ambientals, fet que provoca que fluctuï altitudinalment i latitudinalment en funció d’aquests canvis. Els motius d’aquesta dinàmica s’ha estudiat sovint des d’un punt de vista climàtic, però mai fins ara s’havia estudiat des d’un punt de vista de les interaccions entre organismes. Per aquest fet hem estat evaluant l’efecte de les interaccions planta-planta en la regulació de la dinàmica supraforestal. L’estudi l’hem emmarcat en un context alpí (als Pirineus Catalans) i en un context subàrtic (Lapònia, Suècia), fet que ens ha permès fer un estudi comparatiu en dos ecotons contrastats però homòlegs ecològicament. Hem desenvolupat una sèrie d’experiments considerant diversos factors (augment de temperatura, quantitat de nutrients, presència d’arbust, posició en l’ecotò); en les dues zones d’estudi hem fet una plantació de plançons dels arbres formadors del límit del bosc en les diverses situacions derivades de la combinació d’aquests factors, i hem fet el seguiment fenològic dels plançons durant tres periodes de creixement. Els resultats dels experiments ens han permès veure que les interaccions entre organismes tenen una gran importància en la regulació de la dinàmica supraforestal, tant als Pirineus com a Lapònia. Les interaccions planta-planta i planta-herbívors determinen el reclutament de plançons i per tant l’estructuració de les comunitats supraforestals. Per altra banda, la posició en l’ecotò evidencia la presència d’un gradient bioclimàtic; les manipulacions ambientals de temperatura i nutrients originen una resposta generalment positiva en el desenvolupament dels plançons, indicant que canvis en aquestes variables pot suposar alteracions notables de l’estructura forestal del límit del bosc. Per altra banda en aquest projecte també hem aprofundit en temes relacionats amb l'efecte dels gradients altitudinals en la distribució de plantes vasculars als Pirineus Catalans.

Investigació integrada amb EPs i RMf de la interacció entre la memòria de treball i la distracció

Estudi elaborat a partir d’una estada a la University of Wales, Bangor, Regne Unit entre setembre i desembre del 2006. Els sons distractors augmenten el temps de reacció i el nombre de respostes incorrectes en una tasca de classificació visual, demostrant que hi ha distracció conductual durant la realització de la tasca visual. L’enregistrament concomitant de potencials evocats durant la distracció mostra un patró neuroelèctric característic, el potencial de distracció, que es caracteritza per una ona trifàsica. Darrerament, s’ha demostrat que factors “des de dalt” associats al muntatge experimental tindrien una gran influència en els efectes que els estímuls distractors tindrien en la tasca. Estudis recents mostrarien que aquesta resposta d’atenció exògena es pot modular per la càrrega en memòria de treball, reduint-ne la distracció amb la càrrega, fet que contradiu altres dades que mostraven l’efecte oposat. L’objectiu d’aquest estudi ha estat investigar en quines condicions la càrrega en memòria de treball pot exercir un efecte modulador en les respostes conductuals i cerebrals als sons novedosos distractors, i establir la dinàmica espacio-temporal d’aquesta modulació.

Dinàmica de sistemes mesoscòpics amb correlacions quàntiques mitjançant la formulació de de Broglie-Bohm

Per a determinar la dinàmica espai-temporal completa d’un sistema quàntic tridimensional de N partícules cal integrar l’equació d’Schrödinger en 3N dimensions. La capacitat dels ordinadors actuals permet fer-ho com a molt en 3 dimensions. Amb l’objectiu de disminuir el temps de càlcul necessari per a integrar l’equació d’Schrödinger multidimensional, es realitzen usualment una sèrie d’aproximacions, com l’aproximació de Born–Oppenheimer o la de camp mig. En general, el preu que es paga en realitzar aquestes aproximacions és la pèrdua de les correlacions quàntiques (o entrellaçament). Per tant, és necessari desenvolupar mètodes numèrics que permetin integrar i estudiar la dinàmica de sistemes mesoscòpics (sistemes d’entre tres i unes deu partícules) i en els que es tinguin en compte, encara que sigui de forma aproximada, les correlacions quàntiques entre partícules. Recentment, en el context de la propagació d’electrons per efecte túnel en materials semiconductors, X. Oriols ha desenvolupat un nou mètode [Phys. Rev. Lett. 98, 066803 (2007)] per al tractament de les correlacions quàntiques en sistemes mesoscòpics. Aquesta nova proposta es fonamenta en la formulació de la mecànica quàntica de de Broglie– Bohm. Així, volem fer notar que l’enfoc del problema que realitza X. Oriols i que pretenem aquí seguir no es realitza a fi de comptar amb una eina interpretativa, sinó per a obtenir una eina de càlcul numèric amb la que integrar de manera més eficient l’equació d’Schrödinger corresponent a sistemes quàntics de poques partícules. En el marc del present projecte de tesi doctoral es pretén estendre els algorismes desenvolupats per X. Oriols a sistemes quàntics constituïts tant per fermions com per bosons, i aplicar aquests algorismes a diferents sistemes quàntics mesoscòpics on les correlacions quàntiques juguen un paper important. De forma específica, els problemes a estudiar són els següents: (i) Fotoionització de l’àtom d’heli i de l’àtom de liti mitjançant un làser intens. (ii) Estudi de la relació entre la formulació de X. Oriols amb la aproximació de Born–Oppenheimer. (iii) Estudi de les correlacions quàntiques en sistemes bi- i tripartits en l’espai de configuració de les partícules mitjançant la formulació de de Broglie–Bohm.

A never-ending debate: Demand versus supply water policies. A CGE analysis for Catalonia

Water scarcity is a long-standing problem in Catalonia, as there are significant differences in the spatial and temporal distribution of water through the territory. There has consequently been a debate for many years about whether the solution to water scarcity must be considered in terms of efficiency or equity, the role that the public sector must play and the role that market-based instruments should play in water management. The aim of this paper is to use a Computable General Equilibrium (CGE) model to analyze the advantages and disadvantages associated with different policy instruments, from both a supply and a demand viewpoint, which can be applied to water management in Catalonia. We also introduce an ecological sector in our CGE model, allowing us to analyze the environmental impact of the alternative policies simulated. The calibration of the exogenous variables of the CGE model is performed by using a Social Accounting Matrix (SAM) for the Catalan economy with 2001 data. The results suggest that taking into account the principle of sustainability of the resource, the policy debate between supply and demand in water policies is obsolete, and a new combination of policies is required to respect the different values associated with water. Keywords: Water Policies; Computable General Equilibrium Model; Economic Effects; Environmental Effects.

L’impacte de les institucions internacionals sobre la Unió Europea: presa de decisions, integració i europeïtzació

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada a la Center for European Integration de la Freie Universität Berlin, Alemania, entre 2007 i 2009. El tema central del projecte consisteix en la descripció matemàtica de processos espai-temporals mitjançant la teoria dels Continuous-Time Random Walks. L'aportació més significativa del nostre treball en aquest camp consisteix en considerar per primera vegada la interacció entre diversos processos actuant de manera acoblada, ja que fins ara els models existents es limitaven a l'estudi de processos individuals o independents. Aquesta idea fa possible, per exemple, plantejar un sistema de transport en l'espai i a la vegada un procés de reacció (una reacció química, per exemple), i estudiar estadísticament com cada un pot alterar el comportament de l'altre. Això suposa un salt qualitatiu important en la descripció de processos de reacció-dispersió, ja que els nostres models permeten incorporar patrons de dispersió i comportaments temporals (cicles de vida) força realistes en comparació amb els models convencionals. Per tal de completar aquest treball teòric ha estat necessari també desenvolupar algunes eines numèriques (models de xarxa) per facilitar la implementació dels models. En la vessant pràctica, hem aplicat aquestes idees al cas de la dinàmica entre virus i el sistema immunològic que té lloc quan es produeix una infecció a l'organisme. Diferents estudis experimentals portats a terme els últims anys mostren com la resposta immunològica dels organismes superiors presenta una dinàmica temporal força complexa (per exemple, en el cas de la resposta programada). Per aquest motiu, les nostres tècniques matemàtiques són d'especial utilitat per a l'anàlisi d'aquests sistemes. Finalment, altres possibles aplicacions dels models, com ara l'estudi d'invasions biològiques, també han estat considerades.

Leveraging explicitly disclosed location information to understand tourist dynamics: a case study

In recent years, the large deployment of mobile devices has led to a massiveincrease in the volume of records of where people have been and when they were there.The analysis of these spatio-temporal data can supply high-level human behaviorinformation valuable to urban planners, local authorities, and designer of location-basedservices. In this paper, we describe our approach to collect and analyze the history ofphysical presence of tourists from the digital footprints they publicly disclose on the web.Our work takes place in the Province of Florence in Italy, where the insights on thevisitors’ flows and on the nationalities of the tourists who do not sleep in town has beenlimited to information from survey-based hotel and museums frequentation. In fact, mostlocal authorities in the world must face this dearth of data on tourist dynamics. In thiscase study, we used a corpus of geographically referenced photos taken in the provinceby 4280 photographers over a period of 2 years. Based on the disclosure of the locationof the photos, we design geovisualizations to reveal the tourist concentration and spatiotemporalflows. Our initial results provide insights on the density of tourists, the points ofinterests they visit as well as the most common trajectories they follow.

Preliminary results of the Social Impact Research Group of MEDEX: the request database (2000-2002) of two Meteorological Services

One of the aims of the MEDEX project is to improve the knowledge of high-impact weather events in the Mediterranean. According to the guidelines of this project, a pilot study was carried out in two regions of Spain (the Balearic Islands and Catalonia) by the Social Impact Research group of MEDEX. The main goal is to suggest some general and suitable criteria about how to analyse requests received in Meteorological Services arising out of the damage caused by weather events. Thus, all the requests received between 2000 and 2002 at the Servei Meteorològic de Catalunya as well as at the Division of AEMET in the Balearic Islands were analysed. Firstly, the proposed criteria in order to build the database are defined and discussed. Secondly, the temporal distribution of the requests for damage claims is analysed. On average, almost half of them were received during the first month after the event happened. During the first six months, the percentage increases by 90%. Thirdly, various factors are taken into account to determine the impact of specific events on society. It is remarkable that the greatest number of requests is for those episodes with simultaneous heavy rain and strong wind, and finally, those that are linked to high population density.

Towards a database on societal impact of Mediterranean floods in the framework of the HYMEX project

The NW Mediterranean region experiences every year heavy rainfall and flash floods that occasionally produce catastrophic damages. Less frequent are floods that affect large regions. Although a large number of databases devoted exclusively to floods or considering all kind of natural hazards do exist, usually they only record catastrophic flood events. This paper deals with the new flood database that is being developed within the framework of HYMEX project. Results are focused on four regions representative of the NW sector of Mediterranean Europe: Catalonia, Spain; the Balearic Islands, Spain; Calabria, Italy; and Languedoc-Roussillon, Midi-Pyrenées and PACA, France. The common available 30-yr period starts in 1981 and ends in 2010. The paper shows the database structure and criteria, the comparison with other flood databases, some statistics on spatial and temporal distribution, and an identification of the most important events. The paper also provides a table that includes the date and affected region of all the catastrophic events identified in the regions of study, in order to make this information available for all audiences.

Pattern selection in a lattice of pulse-coupled oscillators

We study spatio-temporal pattern formation in a ring of N oscillators with inhibitory unidirectional pulselike interactions. The attractors of the dynamics are limit cycles where each oscillator fires once and only once. Since some of these limit cycles lead to the same pattern, we introduce the concept of pattern degeneracy to take it into account. Moreover, we give a qualitative estimation of the volume of the basin of attraction of each pattern by means of some probabilistic arguments and pattern degeneracy, and show how they are modified as we change the value of the coupling strength. In the limit of small coupling, our estimative formula gives a pefect agreement with numerical simulations.

Circulation of a Meaban-like virus in yellow-legged gulls and seabird ticks in the western Mediterranean Basin

In recent years, a number of zoonotic flaviviruses have emerged worldwide, and wild birds serve as their major reservoirs. Epidemiological surveys of bird populations at various geographical scales can clarify key aspects of the eco-epidemiology of these viruses. In this study, we aimed at exploring the presence of flaviviruses in the western Mediterranean by sampling breeding populations of the yellow-legged gull (Larus michahellis), a widely distributed, anthropophilic, and abundant seabird species. For 3 years, we sampled eggs from 19 breeding colonies in Spain, France, Algeria, and Tunisia. First, ELISAs were used to determine if the eggs contained antibodies against flaviviruses. Second, neutralization assays were used to identify the specific flaviviruses present. Finally, for colonies in which ELISA-positive eggs had been found, chick serum samples and potential vectors, culicid mosquitoes and soft ticks (Ornithodoros maritimus), were collected and analyzed using serology and PCR, respectively. The prevalence of flavivirus-specific antibodies in eggs was highly spatially heterogeneous. In northeastern Spain, on the Medes Islands and in the nearby village of L'Escala, 56% of eggs had antibodies against the flavivirus envelope protein, but were negative for neutralizing antibodies against three common flaviviruses: West Nile, Usutu, and tick-borne encephalitis viruses. Furthermore, little evidence of past flavivirus exposure was obtained for the other colonies. A subset of the Ornithodoros ticks from Medes screened for flaviviral RNA tested positive for a virus whose NS5 gene was 95% similar to that of Meaban virus, a flavivirus previously isolated from ticks of Larus argentatus in western France. All ELISA-positive samples subsequently tested positive for Meaban virus neutralizing antibodies. This study shows that gulls in the western Mediterranean Basin are exposed to a tick-borne Meaban-like virus, which underscores the need of exploring the spatial and temporal distribution of this flavivirus as well as its potential pathogenicity for animals and humans.

Space-time front-ends for RAKE receivers in the FDD mode of UTRA

A unified and general vision of different space-time processors is presented. Many popular receivers can beaccomodated, like V-RAKE receivers, weighted V-RAKE, or spatial narrowband beamforming. By makingappropriate assumptions on the space/time characteristic of the interference it is possible to enhance theperformance of the receiver through spatial/temporal pre-processors. These receivers will be tested in the FDDmode of UTRA.