Noisy Oncology: applications of bounded noise transitions in modelling tumor growth

I tumori macroscopici e microscopici, dopo la loro prima fase di crescita, sono composti da un numero medio elevato di cellule. Così, in assenza di perturbazioni esterne, la loro crescita e i punti di equilibrio possono essere descritti da equazioni differenziali. Tuttavia, il tumore interagisce fortemente col macroambiente che lo circonda e di conseguenza una descrizione del tutto deterministica risulta a volte inappropriata. In questo caso si può considerare l'interazione con fluttuazioni statistiche, causate da disturbi esterni, utilizzando le equazioni differenziali stocastiche (SDE). Questo è vero in modo particolare quando si cerca di modellizzare tumori altamente immunogenici che interagiscono con il sistema immunitario, in quanto la complessità di questa interazione risulta in fenomeni di multistabilità. Così, il rumore può provocare disturbi e indurre transizioni di stato (Noise-Induced-Transitions). E' importante notare che una NIT può avere implicazioni profonde sulla vita di un paziente, dal momento che una transizione da uno stato di equilibrio piccolo, nelle dimensioni del tumore, ad uno stato di equilibrio macroscopico, nella maggior parte dei casi significa il passaggio dalla vita alla morte. Generalmente l'approccio standard è quello di modellizzare le fluttuazioni stocastiche dei parametri per mezzo di rumore gaussiano bianco o colorato. In alcuni casi però questa procedura è altamente inadeguata, a causa della illimitatezza intrinseca dei rumori gaussiani che può portare a gravi incongruenze biologiche: pertanto devono essere utilizzati dei rumori "limitati", che, tuttavia, sono molto meno studiati di quelli gaussiani. Inoltre, l'insorgenza di NIT dipende dal tipo di rumore scelto, che rivela un nuovo livello di complessità in biologia. Lo scopo di questa tesi è quello di studiare le applicazioni di due tipi diversi di "rumori limitati" nelle transizioni indotte in due casi: interazione tra tumore e sistema immunitario e chemioterapia dei tumori. Nel primo caso, abbiamo anche introdotto un nuovo modello matematico di terapia, che estende, in modo nuovo, il noto modello di Norton-Simon.

Droga, alcol e lavoro: La prevenzione come promozione della salute

Lo scopo di questa dissertazione è quello di costruire un modello di promozione della salute nel contesto di lavoro in relazione al consumo di sostanze psicoattive fra lavoratori, attraverso il confronto tra la situazione italiana e inglese. L’ipotesi di fondo rimanda all’idea che i luoghi di lavoro possano rappresentare setting d’elezione per i progetti di prevenzione non solo perché alcuni studi dimostrano l’esistenza di fattori di rischio connessi alla mansione rispetto alle condotte relative allo stile di vita, ma anche perché il consumo di alcol e droghe è altamente diffuso tra i lavoratori e questo comporta rischi per la sicurezza e la salute personale nonché quella dei colleghi di lavoro. Si tratta quindi di indagare il rapporto tra contesto lavorativo e utilizzo di sostanze al fine di suggerire  alla luce degli studi internazionali in materia e delle riflessioni condotte dai soggetti coinvolti nella ricerca che si andrà a presentare  linee guida e indicazioni operative per la realizzazione di interventi di promozione alla salute nei contesti professionali. A tal fine, saranno analizzati gli esiti di 13 focus group che hanno coinvolto esperti italiani e 6 interviste somministrate a esperti inglesi volti a definire la situazione attuale in Italia e Gran Bretagna in materia di prevenzione del consumo di alcol e droghe nei luoghi di lavoro. In particolare, l’analisi verterà sulle seguenti aree: - Percezione circa la diffusione dei consumi nei luoghi di lavoro - Presentazione delle politiche adottate, in logica comparativa, tra i due paesi. - Analisi critica degli interventi e problematiche aperte. L’analisi del materiale empirico permette di delineare due modelli costruiti sulla base dei focus group e delle interviste: - in Italia si può affermare che prevalga il cd. modello della sicurezza: di recente trasformazione, questo sistema enfatizza la dimensione del controllo, tanto che si parla di sorveglianza sanitaria. É orientato alla sicurezza concepita quale rimozione dei fattori di rischio. Il consumo di sostanze (anche sporadico) è inteso quale espressione di una patologia che richiede l’intervento sanitario secondo modalità previste dal quadro normativo: una procedura che annulla la discrezionalità sia del datore di lavoro sia del medico competente. Si connota inoltre per contraddizioni interne e trasversali rispetto alle categorie lavorative (i controlli non si applicano alle professioni associate a maggiore prestigio sociale sebbene palesemente associate a rischio, come per esempio i medici) e alle sostanze (atteggiamento repressivo soprattutto verso le droghe illegali); - in Gran Bretagna, invece, il modello si configura come responsabilità bilaterale: secondo questo modello, se è vero che il datore di lavoro può decidere in merito all’attuazione di misure preventive in materia di alcol e droghe nei luoghi di lavoro, egli è ritenuto responsabile della mancata vigilanza. D’altro canto, il lavoratore che non rispetta quanto previsto nella politica scritta può essere soggetto a licenziamento per motivi disciplinari. Questo modello, particolarmente attento al consumo di tutte le sostanze psicoattive (legali e illegali), considera il consumo quale esito di una libera scelta individuale attraverso la quale il lavoratore decide di consumare alcol e droghe così come decide di dedicarsi ad altre condotte a rischio. Si propone di ri-orientare le strategie analizzate nei due paesi europei presi in esame attraverso la realizzazione di un modello della promozione della salute fondato su alcuni punti chiave: – coinvolgimento di tutti i lavoratori (e non solo coloro che svolgono mansioni a rischio per la sicurezza) al fine di promuovere benessere secondo un approccio olistico di salute, orientato ad intervenire non soltanto in materia di consumo di sostanze psicoattive (legali e illegali), ma più in generale sulle condotte a rischio; – compartecipazione nelle diverse fasi (programmazione, realizzazione e valutazione del progetto) del lavoratore, datore di lavoro e medico competente secondo una logica di flessibilità, responsabilizzazione condivisa fra i diversi attori, personalizzazione e co-gestione dell’intervento; – azione volta a promuovere i fattori di protezione agendo simultaneamente sul contrasto dei fattori di rischio (stress, alienazione, scarso riconoscimento del ruolo svolto), attraverso interventi che integrano diverse strategie operative alla luce delle evidenze scientifiche (Evidence-Based Prevention); – ricorso a strumenti di controllo (drug testing) subordinato all’esigenza di tutelare l’incolumità fisica del lavoratore e dei colleghi, da attuarsi sempre e comunque attraverso prassi che non violino la privacy e attraverso strumenti in grado di verificare l’effettivo stato di alterazione psico-fisica sul luogo di lavoro; – demedicalizzazione delle situazioni di consumo che non richiedono un intervento prettamente sanitario, ma che al contrario potrebbero essere affrontate attraverso azioni incentrate sul care anziché la cure; – messa a disposizione di servizi ad hoc con funzione di supporto, counselling, orientamento per i lavoratori, non stigmatizzanti e con operatori di formazione non solamente sanitaria, sull’esempio degli EAPs (Employee Assistence Programs) statunitensi. Si ritiene che questo modello possa trasformare i contesti di lavoro da agenzie di controllo orientate alla sicurezza a luoghi di intervento orientati al benessere attraverso un’azione sinergica e congiunta volta a promuovere i fattori di protezione a discapito di quelli di rischio in modo tale da intervenire non soltanto sul consumo di sostanze psicotrope, ma più in generale sullo stile di vita che influenza la salute complessiva.

Il risk management tecnico nel trading di portafoglio

Il problema che si cerca di risolvere attraverso la gestione quantitativa del portafoglio è la riduzione del rischio tramite strategie che non dipendano dalla diversificazione dei titoli che compongono il portafoglio. Nel momento in cui si decide di applicare un trading system su un determinato gruppo di asset, il capitale non viene allocato automaticamente su tutti i titoli e si deve affrontare invece un continuo investimento tramite l’apertura dinamica di posizioni sul mercato.Questo significa che la diversificazione non è più una misura adeguata del rischio sostenuto poiché i rendimenti attesi dell’investimento non dipendono più dalle proprietà stesse degli strumenti scelti, ma dalla profittabilità dei segnali generati dalla logica del trading system su questi. Bisogna testare in questo caso le performance del sistema a livello statistico e prevedere anche, per esempio, che l’algoritmo possa generare dei segnali errati che portano a delle posizioni in perdita. Il portafoglio a livello quantitativo deve essere gestito tramite dei trading system che abbiano la possibilità di valutare aspetti globali, come il profitto totale di tutte le posizioni attualmente aperte, o l’intero rischio sostenuto dal capitale gestito. Le decisioni non vengono prese dall’analisi delle prestazioni individuali che la strategia ottiene operando sui singoli titoli. Per affrontare una possibile soluzione a questa problematica si sono quindi selezionati due trading system le cui prestazioni fossero robuste su un intero portafoglio e non solo su determinati titoli. In un successivo momento vengono analizzate le prestazioni del portafoglio aggiungendo ai test due ulteriori strategie di uscita: lo stoploss di portafoglio e il target di portafoglio. Nonostante esse ricalchino idee ampiamente utilizzate per la gestione delle singole posizioni su un titolo, per i test si è deciso di modificarle implementando la gestione globale del capitale all’interno del trading system di portafoglio.

Ottimalità dell'ottimalità - Complessità della riduzione su grafi di condivisione

Trent’anni or sono il concetto di ottimalità venne formulato in senso teorico da Lévy, ma solo un decennio dopo Lamping riesce a darne elegante implementazione algoritmica. Realizza un sistema di riduzione su grafi che si scoprirà poi avere interessanti analogie con la logica lineare presentata nello stesso periodo da Girard. Ma l’ottimalità è davvero ottimale? In altre parole, l’implementazione ottimale del λ calcolo realizzata attraverso i grafi di condivisione, è davvero la migliore strategia di riduzione, in termini di complessità? Dopo anni di infondati dubbi e di immeritato oblìo, alla conferenza LICS del 2007, Baillot, Coppola e Dal Lago, danno una prima risposta positiva, seppur parziale. Considerano infatti il caso particolare delle logiche affini elementare e leggera, che possiedono interessanti proprietà a livello di complessità intrinseca e semplificano l’arduo problema. La prima parte di questa tesi presenta, in sintesi, la teoria dell’ottimalità e la sua implementazione condivisa. La seconda parte affronta il tema della sua complessità, a cominciare da una panoramica dei più importanti risultati ad essa legati. La successiva introduzione alle logiche affini, e alle relative caratteristiche, costituisce la necessaria premessa ai due capitoli successivi, che presentano una dimostrazione alternativa ed originale degli ultimi risultati basati appunto su EAL e LAL. Nel primo dei due capitoli viene definito un sistema intermedio fra le reti di prova delle logiche e la riduzione dei grafi, nel secondo sono dimostrate correttezza ed ottimalità dell’implementazione condivisa per mezzo di una simulazione. Lungo la trattazione sono offerti alcuni spunti di riflessione sulla dinamica interna della β riduzione riduzione e sui suoi legami con le reti di prova della logica lineare.

Bioengineering of exercise: biomechanical and metabolic aspects

The field of research of this dissertation concerns the bioengineering of exercise, in particular the relationship between biomechanical and metabolic knowledge. This relationship can allow to evaluate exercise in many different circumstances: optimizing athlete performance, understanding and helping compensation in prosthetic patients and prescribing exercise with high caloric consumption and minimal joint loading to obese subjects. Furthermore, it can have technical application in fitness and rehabilitation machine design, predicting energy consumption and joint loads for the subjects who will use the machine. The aim of this dissertation was to further understand how mechanical work and metabolic energy cost are related during movement using interpretative models. Musculoskeletal models, when including muscle energy expenditure description, can be useful to address this issue, allowing to evaluate human movement in terms of both mechanical and metabolic energy expenditure. A whole body muscle-skeletal model that could describe both biomechanical and metabolic aspects during movement was identified in literature and then was applied and validated using an EMG-driven approach. The advantage of using EMG driven approach was to avoid the use of arbitrary defined optimization functions to solve the indeterminate problem of muscle activations. A sensitivity analysis was conducted in order to know how much changes in model parameters could affect model outputs: the results showed that changing parameters in between physiological ranges did not influence model outputs largely. In order to evaluate its predicting capacity, the musculoskeletal model was applied to experimental data: first the model was applied in a simple exercise (unilateral leg press exercise) and then in a more complete exercise (elliptical exercise). In these studies, energy consumption predicted by the model resulted to be close to energy consumption estimated by indirect calorimetry for different intensity levels at low frequencies of movement. The use of muscle skeletal models for predicting energy consumption resulted to be promising and the use of EMG driven approach permitted to avoid the introduction of optimization functions. Even though many aspects of this approach have still to be investigated and these results are preliminary, the conclusions of this dissertation suggest that musculoskeletal modelling can be a useful tool for addressing issues about efficiency of movement in healthy and pathologic subjects.

Studio degli eventi erosivi in quattro aree campione della costa emiliano-romagnola

Il progetto di tesi ha analizzato i processi erosivi in atto in quattro aree della costa emilianoromagnola settentrionale, situate davanti a importanti foci fluviali: Volano, Reno, F. Uniti e Savio. Il lavoro di tesi si colloca all’interno di un progetto più ampio, che prevede la collaborazione tra la Regione Emilia Romagna, Servizio Geologico, Sismico e dei Suoli e l’Istituto di Scienze Marine ISMAR-CNR, sede di Bologna. Quest’ultimo ha acquisito, durante la campagna ERO2010, 210 km di profili sismici ad alta risoluzione in un’area sotto-costa, posta tra i 2 e gli 8 metri di profondità. Il lavoro di tesi ha usufruito di una nuova strategia di analisi, la sismica ad alta risoluzione (Chirp sonar), che ha permesso di identificare ed esaminare l’architettura geologica riconoscibile nei profili ed approfondire la conoscenza dell’assetto sub-superficiale dei depositi, ampliando le conoscenze di base riguardanti la dinamica dei litorali. L’interpretazione dei dati disponibili è avvenuta seguendo differenti fasi di studio: la prima, più conoscitiva, ha previsto l’identificazione delle evidenze di erosione nelle aree in esame mediante l’analisi della variazione delle linee di riva, l’osservazione delle opere poste a difesa del litorale e lo studio dell’evoluzione delle principali foci. Nella fase successiva le facies identificate nei profili sismici sono state interpretate in base alle loro caratteristiche geometriche ed acustiche, identificando le principali strutture presenti e interpretando, sulla base delle informazioni storiche apprese e delle conoscenze geologiche a disposizione, i corpi sedimentari riconosciuti. I nuovi profili Chirp sonar hanno consentito la ricostruzione geologica mediante la correlazione dei dati a mare (database ISMAR-CNR, Bologna, Carta geologica dei mari italiani 1:250.000) con quelli disponibili a terra, quali Carta dell’evoluzione storica dei cordoni costieri (Servizio Geologico e Sismico dei Suoli, Bo) e Carta geologica 1:50.000 (Servizio Geologico d’Italia e Progetto CARG). La conoscenza dei termini naturali e antropici dello stato fisico dei sistemi costieri è il presupposto necessario per l'esecuzione di studi ambientali atti a una corretta gestione integrata della costa. L’analisi approfondita della geologia superficiale fornisce un’opportunità per migliorare il processo decisionale nella gestione dei litorali e nella scelta degli interventi da attuare sulla costa, che devono essere fatti consapevolmente considerando l’assetto geologico e prevedendo una strategia di manutenzione della costa a medio termine. Un singolo intervento di ripascimento produce effetti di breve durata e non sufficienti a sanare il problema e a mitigare il rischio costiero. Nei tratti costieri scarsamente alimentati, soggetti a persistenti fenomeni erosivi, occorre, pertanto, mettere in atto ripetuti interventi di ripascimento accompagnati da un idoneo piano di monitoraggio.

Tactile Perception - Perception of tactile distance on a single skin surface changes with stimulus orientation: a neuronal network modelling study

L’interazione che abbiamo con l’ambiente che ci circonda dipende sia da diverse tipologie di stimoli esterni che percepiamo (tattili, visivi, acustici, ecc.) sia dalla loro elaborazione per opera del nostro sistema nervoso. A volte però, l’integrazione e l’elaborazione di tali input possono causare effetti d’illusione. Ciò si presenta, ad esempio, nella percezione tattile. Infatti, la percezione di distanze tattili varia al variare della regione corporea considerata. Il concetto che distanze sulla cute siano frequentemente erroneamente percepite, è stato scoperto circa un secolo fa da Weber. In particolare, una determinata distanza fisica, è percepita maggiore su parti del corpo che presentano una più alta densità di meccanocettori rispetto a distanze applicate su parti del corpo con inferiore densità. Oltre a questa illusione, un importante fenomeno osservato in vivo è rappresentato dal fatto che la percezione della distanza tattile dipende dall’orientazione degli stimoli applicati sulla cute. In sostanza, la distanza percepita su una regione cutanea varia al variare dell’orientazione degli stimoli applicati. Recentemente, Longo e Haggard (Longo & Haggard, J.Exp.Psychol. Hum Percept Perform 37: 720-726, 2011), allo scopo di investigare come sia rappresentato il nostro corpo all’interno del nostro cervello, hanno messo a confronto distanze tattili a diverse orientazioni sulla mano deducendo che la distanza fra due stimoli puntuali è percepita maggiore se applicata trasversalmente sulla mano anziché longitudinalmente. Tale illusione è nota con il nome di Illusione Tattile Orientazione-Dipendente e diversi risultati riportati in letteratura dimostrano che tale illusione dipende dalla distanza che intercorre fra i due stimoli puntuali sulla cute. Infatti, Green riporta in un suo articolo (Green, Percpept Pshycophys 31, 315-323, 1982) il fatto che maggiore sia la distanza applicata e maggiore risulterà l’effetto illusivo che si presenta. L’illusione di Weber e l’illusione tattile orientazione-dipendente sono spiegate in letteratura considerando differenze riguardanti la densità di recettori, gli effetti di magnificazione corticale a livello della corteccia primaria somatosensoriale (regioni della corteccia somatosensoriale, di dimensioni differenti, sono adibite a diverse regioni corporee) e differenze nella dimensione e forma dei campi recettivi. Tuttavia tali effetti di illusione risultano molto meno rilevanti rispetto a quelli che ci si aspetta semplicemente considerando i meccanismi fisiologici, elencati in precedenza, che li causano. Ciò suggerisce che l’informazione tattile elaborata a livello della corteccia primaria somatosensoriale, riceva successivi step di elaborazione in aree corticali di più alto livello. Esse agiscono allo scopo di ridurre il divario fra distanza percepita trasversalmente e distanza percepita longitudinalmente, rendendole più simili tra loro. Tale processo assume il nome di “Rescaling Process”. I meccanismi neurali che operano nel cervello allo scopo di garantire Rescaling Process restano ancora largamente sconosciuti. Perciò, lo scopo del mio progetto di tesi è stato quello di realizzare un modello di rete neurale che simulasse gli aspetti riguardanti la percezione tattile, l’illusione orientazione-dipendente e il processo di rescaling avanzando possibili ipotesi circa i meccanismi neurali che concorrono alla loro realizzazione. Il modello computazionale si compone di due diversi layers neurali che processano l’informazione tattile. Uno di questi rappresenta un’area corticale di più basso livello (chiamata Area1) nella quale una prima e distorta rappresentazione tattile è realizzata. Per questo, tale layer potrebbe rappresentare un’area della corteccia primaria somatosensoriale, dove la rappresentazione della distanza tattile è significativamente distorta a causa dell’anisotropia dei campi recettivi e della magnificazione corticale. Il secondo layer (chiamato Area2) rappresenta un’area di più alto livello che riceve le informazioni tattili dal primo e ne riduce la loro distorsione mediante Rescaling Process. Questo layer potrebbe rappresentare aree corticali superiori (ad esempio la corteccia parietale o quella temporale) adibite anch’esse alla percezione di distanze tattili ed implicate nel Rescaling Process. Nel modello, i neuroni in Area1 ricevono informazioni dagli stimoli esterni (applicati sulla cute) inviando quindi informazioni ai neuroni in Area2 mediante sinapsi Feed-forward eccitatorie. Di fatto, neuroni appartenenti ad uno stesso layer comunicano fra loro attraverso sinapsi laterali aventi una forma a cappello Messicano. E’ importante affermare che la rete neurale implementata è principalmente un modello concettuale che non si preme di fornire un’accurata riproduzione delle strutture fisiologiche ed anatomiche. Per questo occorre considerare un livello astratto di implementazione senza specificare un’esatta corrispondenza tra layers nel modello e regioni anatomiche presenti nel cervello. Tuttavia, i meccanismi inclusi nel modello sono biologicamente plausibili. Dunque la rete neurale può essere utile per una migliore comprensione dei molteplici meccanismi agenti nel nostro cervello, allo scopo di elaborare diversi input tattili. Infatti, il modello è in grado di riprodurre diversi risultati riportati negli articoli di Green e Longo & Haggard.

Green Network - Un progetto urbano per lo scalo San Donato a Bologna

Da alcuni anni Bologna è interessata da un processo di trasformazione,che investe l’economia, la società e la città fisica. Le mutazioni delle condizioni tecnologiche, economiche e ambientali inducono trasformazioni nel modo di concepire la pianificazione. In questo contesto di trasformazioni gli spazi vuoti si offrono come straordinaria risorsa di nuove opportunità progettuali in termini di qualità urbana, inoltre si pongono come occasione per avviare una seria politica di sostenibilità in grado di ridisegnare una città più attrattiva ed efficiente nei suoi servizi. La probabile prossima dismissione dello scalo merci San Donato si presenta quindi come concreta possibilità d’intervento in un’area periurbana diventata ormai vera e propria centralità.

Funzioni zeta e fattorizzazione unica in anelli quadratici di curve su campi finiti

In questa tesi si esaminano alcune questioni riguardanti le curve definite su campi finiti. Nella prima parte si affronta il problema della determinazione del numero di punti per curve regolari. Nella seconda parte si studia il numero di classi di ideali dell’anello delle coordinate di curve piane definite da polinomi assolutamente irriducibili, per ottenere, nel caso delle curve ellittiche, risultati analoghi alla classica formula di Dirichlet per il numero di classi dei campi quadratici e delle congetture di Gauss.