Learning flexible sensori-motor mappings in a complex network

Given the complex structure of the brain, how can synaptic plasticity explain the learning and forgetting of associations when these are continuously changing? We address this question by studying different reinforcement learning rules in a multilayer network in order to reproduce monkey behavior in a visuomotor association task. Our model can only reproduce the learning performance of the monkey if the synaptic modifications depend on the pre- and postsynaptic activity, and if the intrinsic level of stochasticity is low. This favored learning rule is based on reward modulated Hebbian synaptic plasticity and shows the interesting feature that the learning performance does not substantially degrade when adding layers to the network, even for a complex problem.

Dynamic Optimization of SLA-Based Services Scaling Rules

Current advanced cloud infrastructure management solutions allow scheduling actions for dynamically changing the number of running virtual machines (VMs). This approach, however, does not guarantee that the scheduled number of VMs will properly handle the actual user generated workload, especially if the user utilization patterns will change. We propose using a dynamically generated scaling model for the VMs containing the services of the distributed applications, which is able to react to the variations in the number of application users. We answer the following question: How to dynamically decide how many services of each type are needed in order to handle a larger workload within the same time constraints? We describe a mechanism for dynamically composing the SLAs for controlling the scaling of distributed services by combining data analysis mechanisms with application benchmarking using multiple VM configurations. Based on processing of multiple application benchmarks generated data sets we discover a set of service monitoring metrics able to predict critical Service Level Agreement (SLA) parameters. By combining this set of predictor metrics with a heuristic for selecting the appropriate scaling-out paths for the services of distributed applications, we show how SLA scaling rules can be inferred and then used for controlling the runtime scale-in and scale-out of distributed services. We validate our architecture and models by performing scaling experiments with a distributed application representative for the enterprise class of information systems. We show how dynamically generated SLAs can be successfully used for controlling the management of distributed services scaling.

Zur Entwicklung des Berufsfelds Sport in der Schweiz – Eine Analyse auf der Grundlage der Lebensverlaufsforschung

Obwohl im Berufsfeld Sport die Ausdifferenzierung einer großen Vielfalt an Tätigkeitsbereichen zu beobachten ist, werden die Chancen auf stabile und angemessen bezahlte Beschäftigungsverhältnisse von Absolventen sportwissenschaftlicher Studiengänge vielfach als skeptisch beurteilt. Dabei stellt sich die Frage, inwieweit hierfür branchenspezifische Sättigungserscheinungen sowie Effekte substituierbarer Qualifikationsanforderungen eine Rolle spielen. Um Antworten auf diese Fragen zu finden, werden dem Ansatz der Lebensverlaufsforschung folgend, zeithistorische Veränderungen im Berufsfeld Sport auf der Grundlage (aggregierter) individueller Berufsverläufe analysiert. Als Datengrundlage dient ein Sample von n = 1.105 Absolventen aller Schweizer Hochschulen, das die beruflichen Verläufe von Absolventen sportwissenschaftlicher Studiengänge in Form eines retrospektiven Längsschnitts für drei Kohorten erfasst. Die Ergebnisse zeigen, dass der Arbeitsmarkt Sport für Absolventen sportwissenschaftlicher Studiengänge in der Schweiz als stabil eingeschätzt werden kann. Gleichwohl zeigt die Analyse, dass in außerschulischen Berufsfeldern fachspezifische Qualifikationsstrukturen als Einstellungsvoraussetzung, die die Stabilisierung von Berufspositionen der Absolventen sportwissenschaftlicher Studiengänge langfristig absichern könnten, mitunter fehlen.

Admissibility in Finitely Generated Quasivarieties

Checking the admissibility of quasiequations in a finitely generated (i.e., generated by a finite set of finite algebras) quasivariety Q amounts to checking validity in a suitable finite free algebra of the quasivariety, and is therefore decidable. However, since free algebras may be large even for small sets of small algebras and very few generators, this naive method for checking admissibility in Q is not computationally feasible. In this paper, algorithms are introduced that generate a minimal (with respect to a multiset well-ordering on their cardinalities) finite set of algebras such that the validity of a quasiequation in this set corresponds to admissibility of the quasiequation in Q. In particular, structural completeness (validity and admissibility coincide) and almost structural completeness (validity and admissibility coincide for quasiequations with unifiable premises) can be checked. The algorithms are illustrated with a selection of well-known finitely generated quasivarieties, and adapted to handle also admissibility of rules in finite-valued logics.

Holocene flood frequency across the Central Alps – solar forcing and evidence for variations in North Atlantic atmospheric circulation

The frequency of large-scale heavy precipitation events in the European Alps is expected to undergo substantial changes with current climate change. Hence, knowledge about the past natural variability of floods caused by heavy precipitation constitutes important input for climate projections. We present a comprehensive Holocene (10,000 years) reconstruction of the flood frequency in the Central European Alps combining 15 lacustrine sediment records. These records provide an extensive catalog of flood deposits, which were generated by flood-induced underflows delivering terrestrial material to the lake floors. The multi-archive approach allows suppressing local weather patterns, such as thunderstorms, from the obtained climate signal. We reconstructed mainly late spring to fall events since ice cover and precipitation in form of snow in winter at high-altitude study sites do inhibit the generation of flood layers. We found that flood frequency was higher during cool periods, coinciding with lows in solar activity. In addition, flood occurrence shows periodicities that are also observed in reconstructions of solar activity from C-14 and Be-10 records (2500-3000, 900-1200, as well as of about 710, 500, 350, 208 (Suess cycle), 150, 104 and 87 (Gleissberg cycle) years). As atmospheric mechanism, we propose an expansion/shrinking of the Hadley cell with increasing/decreasing air temperature, causing dry/wet conditions in Central Europe during phases of high/low solar activity. Furthermore, differences between the flood patterns from the Northern Alps and the Southern Alps indicate changes in North Atlantic circulation. Enhanced flood occurrence in the South compared to the North suggests a pronounced southward position of the Westerlies and/or blocking over the northern North Atlantic, hence resembling a negative NAO state (most distinct from 4.2 to 2.4 kyr BP and during the Little Ice Age). South-Alpine flood activity therefore provides a qualitative record of variations in a paleo-NAO pattern during the Holocene. Additionally, increased South Alpine flood activity contrasts to low precipitation in tropical Central America (Cariaco Basin) on the Holocene and centennial time scale. This observation is consistent with a Holocene southward migration of the Atlantic circulation system, and hence of the ITCZ, driven by decreasing summer insolation in the Northern hemisphere, as well as with shorter-term fluctuations probably driven by solar activity. (C) 2013 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Loss of Raf-1 kinase inhibitor protein (RKIP) is strongly associated with high-grade tumor budding and correlates with an aggressive phenotype in pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC)

BACKGROUND Raf-1 kinase inhibitor protein (RKIP) has emerged as a significant metastatic suppressor in a variety of human cancers and is known to inhibit Ras/Raf/MEK/ERK signaling. By suppressing the activation of the NFkB/SNAIL circuit, RKIP can regulate the induction of epithelial-mesenchymal transition (EMT). The aim of this study was to evaluate RKIP expression and to determine its association with clinicopathological features, including EMT in form of tumor budding in pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC). METHODS Staining for RKIP was performed on a multipunch Tissue Microarray (TMA) of 114 well-characterized PDACs with clinico-pathological, follow-up and adjuvant therapy information. RKIP-expression was assessed separately in the main tumor body and in the tumor buds. Another 3 TMAs containing normal pancreatic tissue, precursor lesions (Pancreatic Intraepithelial Neoplasia, PanINs) and matched lymph node metastases were stained in parallel. Cut-off values were calculated by receiver operating characteristic (ROC) curve analysis. RESULTS We found a significant progressive loss of RKIP expression between normal pancreatic ductal epithelia (average: 74%), precursor lesions (PanINs; average: 37%), PDAC (average 20%) and lymph node metastases (average 8%, p<0.0001). RKIP expression was significantly lower in tumor buds (average: 6%) compared to the main tumor body (average 20%; p<0.005). RKIP loss in the tumor body was marginally associated with advanced T-stage (p=0.0599) as well as high-grade peritumoral (p=0.0048) and intratumoral budding (p=0.0373). RKIP loss in the buds showed a clear association with advanced T stage (p=0.0089). CONCLUSIONS The progressive loss of RKIP seems to play a major role in the neoplastic transformation of pancreas, correlates with aggressive features in PDAC and is associated with the presence of EMT in form of tumor budding.

The WTO and Food Security: What’s Wrong with the Rules?

The WTO Agreement on Agriculture (AoA) is the predominant multilateral legal framework governing agricultural trade. The objective of the AoA is to liberalise trade in agriculture through reductions in tariffs, domestic support and export subsidies. The AoA has not, however, ‘levelled the playing field’ and has not resulted in the equitable distribution of food, particularly for the poorer developing countries. On the other hand, support for small farmers does not ensure food security for the poor. While food security has no simple solutions such as “free trade is good for you”, reform proposals for trade rules which only address agricultural policy instruments fail to account for consumer and other interests: neither tariff reductions and subsidy disciplines, nor safeguards and other measures of producer protection can automatically increase food security. Rather, what is needed is the full and proper implementation of a number of commitments which the international community has already entered into in various human rights treaties, but which even the envisaged results of the now failed Doha Round negotiations could not ensure without revisiting relevant multilateral trade and investment rules.

Does fog chemistry in Switzerland change with altitude?

During two extended summer seasons in 2006 and 2007 we operated two battery driven versions of the Caltech active strand cloud water collector (MiniCASCC) at the Niesen mountain (2362 m a.s.l.) in the northern part of the Swiss Alps, and two devices at the Lägeren research tower (690 m a.s.l.) at the northern boundary of the Swiss Plateau. During these two field operation phases we gained weekly samples of fog water, where we analyzed the major anions and cations, and the isotope ratios of fog water (in form of δ2H and δ18O). Dominant ions in fog water at all sites were NH4+, NO3−, and SO42 −. Compared to precipitation, the enrichment factors in fog water were in the range 5–9 at the highest site, Niesen Kulm. We found considerably lower summertime ion loadings in fog water at the two Alpine sites than at lower elevations above the Swiss Plateau. The lowest ion concentrations were found at the Niesen Kulm site at 2300 m a.s.l., whereas the highest concentrations (a factor 7 compared to Niesen Kulm) were found in fog water at the Lägeren site. Occult nitrogen deposition was estimated from fog frequency and typical fog water flux rates. This pathway contributes 0.3–3.9 kg N ha− 1 yr− 1 to the total N deposition at the highest site on Niesen mountain, and 0.1–2.2 kg N ha− 1 yr− 1 at the lower site. These inputs are the reverse of ion concentrations measured in fog due to the 2.5 times higher frequency of fog occurrence at the mountain top (overall fog occurrence was 25% of the time) as compared to the lower Niesen Schwandegg site. Although fog water concentrations were on the lower range reported in earlier studies, fog water is likely to be an important N source for Northern Alpine ecosystems and might reach values up to 16% of the total N deposition and up to 75% of wet N deposition by precipitation.

After Bali: WTO Rules Applying to Public Food Reserves

Once more, agriculture threatened to prevent all progress in multilateral trade rule-making at the Ninth WTO Ministerial Conference in December 2013. But this time, the “magic of Bali” worked. After the clock had been stopped mainly because of the food security file, the ministers adopted a comprehensive package of decisions and declarations mainly in respect of development issues. Five are about agriculture. Decision 38 on Public Stockholding for Food Security Purposes contains a “peace clause” which will now be shielding certain stockpile programmes from subsidy complaints in formal litigation. This article provides contextual background and analyses this decision from a legal perspective. It finds that, at best, Decision 38 provides a starting point for a WTO Work Programme for food security, for review at the Eleventh Ministerial Conference which will probably take place in 2017. At worst, it may unduly widen the limited window for government-financed competition existing under present rules in the WTO Agreement on Agriculture – yet without increasing global food security or even guaranteeing that no subsidy claims will be launched, or entertained, under the WTO dispute settlement mechanism. Hence, the Work Programme should find more coherence between farm support and socio-economic and trade objectives when it comes to stockpiles. This also encompasses a review of the present WTO rules applying to other forms of food reserves and to regional or “virtual” stockpiles. Another “low hanging fruit” would be a decision to exempt food aid purchases from export restrictions.

Vulnerabilitäts- und Resilienzfaktoren in der Psychopathologie und deren Einfluss im Umgang mit Stressoren: drei empirische Artikel als Beitrag zum erweiterten Verständnis des Vulnerabilität-Resilienz Modells

Das Vulnerabilität-Resilienz Modell dient in der folgenden Arbeit als theoretischer Rahmen, um die Entstehung von Psychopathologie zu verstehen. Es handelt sich um ein Schwellenmodell, bei dem angenommen wird, dass Vulnerabilitäts- und Resilienzfaktoren die Schwelle bestimmen, ab der ein Individuum unter Belastung (Stress) eine psychische Störung entwickelt. In dieser Arbeit werden unterschiedliche Vulnerabilitätsfaktoren (Emotionsregulation, Schmerz) sowie Resilienzfaktoren (Selbstwirksamkeit, soziale Unterstützung) bei unterschiedlichen Stichproben und Designs untersucht und in Form von drei veröffentlichten Artikeln präsentiert. Im ersten Artikel wurde ein Screening-Fragebogen (RS-8), welcher Rumination und Suppression erfasst, validiert. Die Resultate zeigen, dass der RS-8 ein valides, reliables und ökonomisches Messinstrument ist, welches bei klinischen und nicht-klinischen Stichproben eingesetzt werden kann. Im zweiten Artikel wurde in einem längsschnittlichen Design untersucht, welchen Einfluss Selbstwirksamkeit und soziale Unterstützung auf die Beziehung zwischen Schmerz und Depressivität bei Unfallpatienten haben. Die Resultate ergaben, dass Schmerz und soziale Unterstützung signifikante Prädiktoren für Depressivität darstellten. Selbstwirksamkeit wirkte als Moderator zwischen Schmerz und Depressivität. Tiefere Selbstwirksamkeit in Zusammenhang mit Schmerz hatte einen stärkeren Einfluss auf die Depressivität als höhere Selbstwirksamkeit und Schmerz. Die Resultate weisen darauf hin, dass Selbstwirksamkeit im Umgang mit Schmerz und in der Entwicklung von Depression zentral ist. Im dritten Artikel wurde der Zusammenhang zwischen kompensatorischem Gesundheitsverhalten (z.B. langsamer fahren) und Selbstwirksamkeit bei Fahrradfahrern, welche einen Fahrradhelm entweder gelegentlich oder nie trugen, untersucht. Die Resultate ergaben eine signifikante Interaktion zwischen Selbstwirksamkeit und der Häufigkeit des Fahrradhelmtragens auf das kompensatorische Gesundheitsverhalten. Individuen, die gelegentlich einen Fahrradhelm trugen und hohe Selbstwirksamkeit aufwiesen, zeigten mehr kompensatorisches Gesundheitsverhalten als jene mit tiefer Selbstwirksamkeit. Eine mögliche Erklärung könnte sein, dass bei den gelegentlichen Helmträgern eine höhere Risikowahrnehmung vorhanden ist. Die Ergebnisse dieser drei Artikel belegen die Relevanz von Vulnerabilitäts-und Resilienzfaktoren in klinischen und nicht-klinischen Stichproben.

Regionalwirtschaftliche Ausstrahlung von öffentlichen Forschungseinrichtungen in der Region Basel und der Nordwestschweiz

Der regionalökonomische Nutzen der universitären Hochschulen für ihre Region umfasst Einkommens-, Beschäftigungs- und Steuereffekte (Effekte der Leistungserstellung) sowie den Wissens- und Technologietransfer (WTT) aus den Hochschulen (Effekte der Leistungsabgabe). Die Effekte der Leistungserstellung werden im Rahmen einer regionalökonomischen Wirkungsanalyse für definierte Analyseregionen ermittelt. Die Steuereinnahmen werden den betreffenden Staatshaushalten zugerechnet. Die Einkommenseffekte werden zusätzlich über unendliche Wirkungsrunden für die Hochschulregion (Kanton Basel-Stadt und Basel-Landschaft) mit Hilfe einer (keynesianischen) Multiplikatoranalyse untersucht. Als Ergebnis der Analyse der Leistungserstellung kann festgehalten werden, dass die staatlichen Haushalte grosse Beträge in die Universität und die FHBB investieren, was nur teilweise durch Steuereinnahmen kompensiert werden kann. Die Wirtschaft der Hochschulregion profitiert stark von den Hochschulen, der Kanton Basel-Stadt insgesamt mehr als der Kanton Basel-Landschaft. Ersterer trägt andererseits erhebliche Zentrumslasten. Die Ergebnisse der vorliegenden Studie machen deutlich, dass die staatlichen Ausgaben erhebliche positive Effekte in der Hochschulregion in Form von Einkommens-, Beschäftigungs- und Steuereffekten auslösen und dadurch in einem hohen Masse zur Wertschöpfung in der Region sowie zur Sicherung der Beschäftigung beitragen. Die Effekte der Leistungsabgabe untergliedern sich in den personengebundenen und den personenungebundenen Wissenstransfer. Der personengebundene Wissenstransfer erfolgt durch die Analyse des Verbleibs der Absolventen in der Region im Hinblick auf deren späteren Arbeitsplatz. Die Verbleibsquote gibt Aufschluss über die Attraktivität des regionalen Arbeitsmarktes für Hochschulabsolventen sowie über die Übereinstimmung von Studienangebot und Wirtschaftsstruktur der Region. Das Ergebnis zeigt, dass der basel-städtische Arbeitsmarkt für die Hochschulabsolventen deutlich attraktiver ist als jener des Kantons Basel-Landschaft. Dies ist durch die hohe Konzentration an wissensintensiven Unternehmen aus verschiedenen Branchen im Kanton Basel-Stadt zu erklären. Der personenungebundene Wissenstransfer wird durch die regionale Verankerung von Forschungskooperationen sowie durch verschiedene Merkmale der Kooperation analysiert. Es wird angenommen, dass durch Forschungskooperationen neues Wissen und Innovation entstehen. Für die Analyse wurden alle Forschungsgruppen der Universität Basel und der FHNW nach der Herkunft ihrer Mitarbeiter, der Herkunft ihrer Drittmittel und nach ihren Kooperationen befragt. Die Analyse erfolgt getrennt nach Fachbereichen, wobei diese jeweils entweder der analytischen oder der synthetischen Wissensbasis zugeordnet werden. Die Analyse der Indikatoren der regionalen Verankerung (Herkunft der Mitarbeiter, Herkunft der Drittmittel und der Kooperation) zeigte zum einen, dass synthetische Fachbereiche hinsichtlich der Rekrutierung ihrer Mitarbeiter eher regional verankert sind. Die Analyse der Herkunft der Drittmittel gibt einen deutlichen Hinweis auf einen starken Life Sciences-Standort Basel/Nordwestschweiz: Die Fachbereiche Medizin, Chemie und Biologie weisen den höchsten Anteil an Fördergeldern aus der Region auf. Die Fachbereiche Chemie und Biologie sind es auch, die am häufigsten mit Unternehmen in der Region zusammenarbeiten. Weiterhin sind die Fachbereiche Medizin und Technik in ihrer Forschung stark mit anderen öffentlichen Einrichtungen vernetzt. Die Ausgestaltung der Forschungskooperationen in Bezug auf die Erstkontaktaufnahme, die Motive und Formen einer Kooperation, die Probleme in der Zusammenarbeit, die Vorteile einer langjährigen Zusammenarbeit sowie die Faktoren einer erfolgreichen Zusammenarbeit gaben Aufschluss über die Bedeutung räumlicher, kognitiver und organisationaler Nähe. Bei der Erstkontaktaufnahme ist der bestehende persönliche Kontakt von grösster Wichtigkeit, was durch die räumliche Nähe der Kooperationspartner erleichtert wird. Die wichtigsten Motive für eine Zusammenarbeit sind der fachliche Austausch und die finanziellen Motive; letztere sind für synthetische Fachbereiche wichtiger. Zu den wichtigsten Formen einer Kooperation zählen gemeinsame Anträge für Forschungs- und Projektmittel sowie gemeinsame Publikationen. Als grösstes Hemmnis für eine Zusammenarbeit wurde der Organisationsaufwand bewertet und die Fähigkeit, die Kompetenzen des Partners richtig einschätzen zu können. Letzteres wird durch eine langjährige Zusammenarbeit erreicht, ebenso wie eine effizientere Kommunikation. Gegenseitiges Vertrauen und die sogenannte gleiche Wellenlänge sind die wichtigsten Faktoren einer erfolgreichen Zusammenarbeit. Die räumliche Nähe der Kooperationspartner ist dabei eine hilfreiche, aber keine notwendige Bedingung für eine erfolgreiche Kooperation. Insgesamt unterscheiden sich analytische und synthetische Fachbereiche in ihrem Kooperationsverhalten nicht signifikant. Jedoch unterscheiden sich die einzelnen Fachbereiche stark untereinander. Relevante zukünftige Forschungsvorhaben über den Wissens- und Technologietransfer von Hochschulen oder Forschungseinrichtungen könnten sich der Analyse einzelner Prozesse oder Phasen im Forschungsprozess verschiedener Fachbereiche, deren räumlicher Reichweite, der Bedeutung verschiedener anderer Näheformen sowie der regionalen Bedeutung von analytischen und synthetischen Elementen widmen.

From Personal Network to Institution Building: The Lifanyuan and the Formalization of Manchu-Mongol Relations

The Qing emperors, who ruled over China from 1644-1911, managed to bring large parts of Inner Asia under their control and extended the territory of China to an unprecedented degree. This paper maintains that the political technique of patronage with its formalized language, its emphasis on gift exchange and expressions of courtesy is a useful concept for explaining the integration of Inner Asian confederations into the empire. By re-interpreting the obligations of gift exchange, the Qing transformed the network of personal relationships, which had to be reinforced and consolidated permanently into a system with clearly defined rules. In this process of formalization, the Lifanyuan, the Court for the Administration of the Outer Regions, played a key role. While in the early years of the dynasty, it was responsible for collecting and disseminating information concerning the various patronage relationships with Inner Asian leaders, over the course of the 17th and 18th centuries its efforts were directed at standardizing and streamlining the contacts between ethnic minorities and the state. Through the Lifanyuan, the rules and principles of patronage were maintained in a modified form even in the later part of the dynasty, when the Qing exercised control in the outer regions more directly. The paper provides an explanation for the longevity and cohesiveness of the multi-ethnic Qing empire. Based on recently published Manchu and Mongolian language archival material and the Maussian concept of gift exchange the study sheds new light on the changing self-conception of the Qing emperors.

Similarity Mapplet: Interactive Visualization of the Directory of Useful Decoys and ChEMBL in High Dimensional Chemical Spaces

An Internet portal accessible at www.gdb.unibe.ch has been set up to automatically generate color-coded similarity maps of the ChEMBL database in relation to up to two sets of active compounds taken from the enhanced Directory of Useful Decoys (eDUD), a random set of molecules, or up to two sets of user-defined reference molecules. These maps visualize the relationships between the selected compounds and ChEMBL in six different high dimensional chemical spaces, namely MQN (42-D molecular quantum numbers), SMIfp (34-D SMILES fingerprint), APfp (20-D shape fingerprint), Xfp (55-D pharmacophore fingerprint), Sfp (1024-bit substructure fingerprint), and ECfp4 (1024-bit extended connectivity fingerprint). The maps are supplied in form of Java based desktop applications called “similarity mapplets” allowing interactive content browsing and linked to a “Multifingerprint Browser for ChEMBL” (also accessible directly at www.gdb.unibe.ch) to perform nearest neighbor searches. One can obtain six similarity mapplets of ChEMBL relative to random reference compounds, 606 similarity mapplets relative to single eDUD active sets, 30 300 similarity mapplets relative to pairs of eDUD active sets, and any number of similarity mapplets relative to user-defined reference sets to help visualize the structural diversity of compound series in drug optimization projects and their relationship to other known bioactive compounds.