Simulazione della bradicinesia in soggetti parkinsoniani attraverso modello neurale

I Gangli della Base svolgono un ruolo molto importante nel movimento volontario, ovvero nel meccanismo di azione-selezione, e la loro influenza è evidente soprattutto in alcune patologie che ancora ad oggi sono in fase di studio: una di queste è il Morbo di Parkinson. I Gangli della Base comprendono quattro formazioni nervose: lo striato, il globus pallidus, la substantia nigra e il nucleo subtalamico: essi ricevono le principali afferenze dalla corteccia cerebrale ed inviano le principali efferenze al tronco dell’encefalo, e, per mezzo del talamo, alle corteccia prefrontale, premotoria e motrice. A differenza della maggior parte delle altre componenti dei sistemi motori, i Gangli della Base non stabiliscono direttamente né connessioni afferenti, né efferenti con il midollo spinale. Il compito principale svolto dai Gangli dDella Base è la selezione di un’azione: esso permette ad un’azione di essere selezionata rispetto ad un’altra, che in questo modo viene inibita. La descrizione dell’anatomia, dei meccanismi fisiologici e del Morbo di Parkinson è trattata nel Capitolo 1. In questo elaborato è utilizzato il modello computazionale di Mauro Ursino e Chiara Baston, che sarà illustrato dettagliatamente nel Capitolo 2, riguardante il meccanismo di azione-selezione svolto dai Gangli della Base. E’ descritto un sistema di valutazione di un paziente parkinsoniano, il tapping test: esso consiste in un movimento alternato del dito e ad oggi risulta essere uno dei metodi più semplici per ottenere informazioni sulla gravità della bradicinesia. L’obiettivo di questo lavoro è quello di comprendere, tramite l’analisi di simulazioni effettuate per mezzo del modello computazionale di Mauro Ursino e Chiara Baston, come la frequenza di tapping dipenda dal variare di alcuni parametri delle equazioni del modello: gli effetti dovuti alla variazione di un singolo parametro o più di uno, saranno mostrati nel Capitolo 3.

Scaling limits of a model for selection at two scales

The dynamics of a population undergoing selection is a central topic in evolutionary biology. This question is particularly intriguing in the case where selective forces act in opposing directions at two population scales. For example, a fast-replicating virus strain outcompetes slower-replicating strains at the within-host scale. However, if the fast-replicating strain causes host morbidity and is less frequently transmitted, it can be outcompeted by slower-replicating strains at the between-host scale. Here we consider a stochastic ball-and-urn process which models this type of phenomenon. We prove the weak convergence of this process under two natural scalings. The first scaling leads to a deterministic nonlinear integro-partial differential equation on the interval $[0,1]$ with dependence on a single parameter, $\lambda$. We show that the fixed points of this differential equation are Beta distributions and that their stability depends on $\lambda$ and the behavior of the initial data around $1$. The second scaling leads to a measure-valued Fleming-Viot process, an infinite dimensional stochastic process that is frequently associated with a population genetics.

Vocabularium ecclesiasticum / editum a Rhoderico Ferdina[n]do de Sancta Ella ...

Nu[n]c de integro correctu[m] et emendatum

Il metodo delle potenze per il problema agli autovalori generalizzato

Gli autovalori giocano un ruolo fondamentale in moltissimi fenomeni fisici. La localizzazione degli autovalori di una certa matrice nel piano complesso, ad esempio, è fondamentale nello studio della stabilità degli aerei. Le frequenze delle vibrazioni dei fasci sono sostanzialmente gli autovalori di una matrice di dimensione infinita. Questo rende il calcolo degli autovalori un problema notevolmente importante. Tra i metodi iterativi noti per l'approssimazione degli autovalori vi è il metodo delle potenze, utilizzato per il calcolo dell'autovalore dominante (autovalore di modulo massimo) di una matrice data e del relativo autovettore associato. Affinchè l'algoritmo converga è necessario che ci sia un autovalore dominante e, in particolare, più l'autovalore dominante è staccato dal resto dello spettro, maggiore sarà la sua velocità di convergenza. Il metodo delle potenze e le sue varianti (metodo delle potenze inverse e metodo delle potenze inverse shiftate) sono molto usati nelle applicazioni, in cui spesso non si è interessati ad approssimare tutti gli autovalori dello spettro, ma solo alcuni. Le equazioni del moto in dinamica strutturale, problemi di ingegneria strutturale e problemi relativi all'informatica (come l'algoritmo di PageRank di Google) sono solo alcuni esempi di applicazioni possibili di tale metodo.

MOND e TeVeS: teorie alternative all'ipotesi di materia oscura

In questa tesi descriviamo due teorie, la MOND e la TeVeS, che si pongono come alternativa all’ipotesi dell’esistenza della materia oscura. Seguendo l’ordine storico degli eventi, nel primo capitolo presentiamo i dati sperimentali e le considerazioni teoriche che hanno convinto gli scienziati del ’900 che la massa osservata nell’Universo sia minore della massa dinamica inferita dalla fisica newtoniana e dalla Relatività Generale. Il primo tentativo di risolvere questo problema è consistito nell’ipotizzare l’esistenza di una materia non ancora osservata, divenuta nota come “materia oscura”. Affrontando le questioni sollevate dalle curve di rotazione delle galassie a spirale, dalla relazione di Tully-Fisher, dalla legge di Freeman e dalle fluttuazioni della radiazione cosmica di fondo, vedremo come questa ipotesi si sia evoluta per tenere conto dei risultati sperimentali, a partire dal modello della sfera isoterma fino al modello ΛCDM, e i problemi che essa non risolve. Nel secondo capitolo descriviamo la MOND, una modifica della dinamica newtoniana nata con l’obiettivo di ridurre la quantità di materia oscura necessaria per descrivere l’Universo. Il problema della massa nascosta può, infatti, essere dovuto a un’incompleta comprensione delle leggi della fisica e, confrontando la MOND con i dati sperimentali presentati nel primo capitolo, vedremo come essa riesca a descrivere la dinamica su scale galattiche ed extragalattiche. Concluderemo il capitolo mostrando una densità di lagrangiana capace di riprodurre la formula fenomenologica della MOND. Per affrontare le questioni cosmologiche è necessario disporre di una teoria relativistica che recuperi la MOND nel limite di campo debole. Nel terzo capitolo trattiamo quindi la TeVeS, riportando le azioni che permettono di derivare le equazioni dei campi di tale teoria. Dopo averne studiato i limiti relativistici e non relativistici, accenneremo a come essa permetta di estendere il paradigma MOND in campo cosmologico.

I Wormholes ed il loro impiego per il viaggio interstellare

Viaggiare da un punto all'altro dell'universo muovendosi in uno spazio-tempo piatto richiede tempi talmente colossali da risultare impossibile per la nostra razza; pertanto, un viaggio interstellare potrebbe essere realizzato solo per mezzo di topologie relativistiche in grado di accorciare la distanza fra i punti dell'universo. Dopo aver dato una serie di motivazioni per cui i buchi neri ed il ponte di Einstein-Rosen non sono adatti ad essere impiegati viene introdotta una particolare classe di soluzioni, presentata per la prima volta da Michael S. Morris e Kip S. Thorne, delle equazioni di Einstein: essa descrive wormholes i quali, almeno in linea di principio, risultano attraversabili dagli esseri umani in quanto non presentano un orizzonte degli eventi sulla gola. Quest'ultima proprietà, insieme alle equazioni di campo di Einstein, pone dei vincoli piuttosto estremi sul tipo di materiale in grado di dar luogo alla curvatura spazio-temporale del wormhole: nella gola del wormhole la materia deve possedere una tensione radiale di enorme intensità, dell'ordine di quella presente nel centro delle stelle di neutroni più massive per gole con un raggio di appena qualche kilometro. Inoltre, questa tensione dev'essere maggiore della densità di energia del materiale: ad oggi non si conosce alcun materiale con quest'ultima proprietà, la quale viola entrambe le "condizioni sull'energia" alla base di teoremi molto importanti e verificati della relatività generale. L'esistenza di questa materia non può essere esclusa a priori, visto che non esiste prova sperimentale o matematica della sua irrealisticità fisica, ma non essendo mai stata osservata è importante assicurarsi di impiegarne il meno possibile nel wormhole: questo ci porterà a mostrare che i wormholes in cui il materiale esotico presenta una densità di energia negativa per gli osservatori statici sono i più adatti al viaggio interstellare.

Realizzazione di un dispositivo elettromeccanico per la simulazione e per la ricerca di una soluzione stabile del sistema dinamico del pendolo inverso

Obiettivo della tesi è la realizzazione di un dispositivo in grado di riprodurre il sistema del pendolo inverso e di trovare soluzioni vicine alla posizione di equilibrio stabile. Verranno ricavate le equazioni del moto che descrivono il sistema attraverso la meccanica Lagrangiana. Una volta integrate numericamente le equazioni, si procederà con la ricerca di una funzione di controllo per mantenere in equilibrio il sistema: l'efficacia della soluzione verrà valutata graficamente, senza approfondire l'approccio proveniente dalla teoria del controllo che ne è alla base. Infine il sistema verrà realizzato praticamente ed utilizzeremo le stesse funzioni studiate in precedenza.

[El evangelio y el syllabus]

Este documento fue publicado por partes en el “El foro” periódico del Colegio de Abogados de Costa Rica y lo reprodujo integro “La voz de Centro-América” semanal de San Salvador. Los pensamientos que contienen aunque en diferente forma fueron presentados por el autor ante el Colegio de Abogados de Lima el día de su incorporación por el consejo del señor Dr. Don Francisco de Paula Vigil. El documento fue consagrado como una pequeña muestra de gratitud y respecto por haber sido elegido miembro honorario de la Facultad de Filosofía, Humanidades y Bellas Artes de la Universidad Nacional de Chile.

Waves, bumps, and patterns in neural field theories

Neural field models of firing rate activity have had a major impact in helping to develop an understanding of the dynamics seen in brain slice preparations. These models typically take the form of integro-differential equations. Their non-local nature has led to the development of a set of analytical and numerical tools for the study of waves, bumps and patterns, based around natural extensions of those used for local differential equation models. In this paper we present a review of such techniques and show how recent advances have opened the way for future studies of neural fields in both one and two dimensions that can incorporate realistic forms of axo-dendritic interactions and the slow intrinsic currents that underlie bursting behaviour in single neurons.

Balística Tratado Íntegro

El juez tiene que ser, además de muy justo, demasiado versado en la ciencia criminalística porque muchos reos han resultado injustas víctimas de aquella ignorancia, cuando a pesar de su inocencia han tenido que ir a prisión sindicados o condenados por un delito que no cometieron. Por lo cual dijo San Agustín que la ignorancia del juez es la mayor calamidad del inocente. (Hernando Londoño Jiménez, De la captura a la excarcelación) Para realizar una experticia se requieren erudición e investigación científica Los investigados deben seleccionarse tomando en cuenta su inteligencia y entretenimiento. (Le Moyne Sneyder. Investigaciones de homicidios) Finalmente enviamos este mensaje de don Francisco de Quevedo y Villegas: Si te agradare y pareciere bien, agradécelo a lo poco que sabes, pues con tan poca cosa te contentas. Y si te pareciere malo, culpa mi ignorancia en escribirlo y la tuya en esperar otra cosa de mí. Para una mayor información sobre esta publicación, por favor consulte la tabla de contenido.

Finite time extinction for nonlinear fractional evolution equations and related properties

The finite time extinction phenomenon (the solution reaches an equilibrium after a finite time) is peculiar to certain nonlinear problems whose solutions exhibit an asymptotic behavior entirely different from the typical behavior of solutions associated to linear problems. The main goal of this work is twofold. Firstly, we extend some of the results known in the literature to the case in which the ordinary time derivative is considered jointly with a fractional time differentiation. Secondly, we consider the limit case when only the fractional derivative remains. The latter is the most extraordinary case, since we prove that the finite time extinction phenomenon still appears, even with a non-smooth profile near the extinction time. Some concrete examples of quasi-linear partial differential operators are proposed. Our results can also be applied in the framework of suitable nonlinear Volterra integro-differential equations.

Finite time extinction for nonlinear fractional evolution equations and related properties.

The finite time extinction phenomenon (the solution reaches an equilibrium after a finite time) is peculiar to certain nonlinear problems whose solutions exhibit an asymptotic behavior entirely different from the typical behavior of solutions associated to linear problems. The main goal of this work is twofold. Firstly, we extend some of the results known in the literature to the case in which the ordinary time derivative is considered jointly with a fractional time differentiation. Secondly, we consider the limit case when only the fractional derivative remains. The latter is the most extraordinary case, since we prove that the finite time extinction phenomenon still appears, even with a non-smooth profile near the extinction time. Some concrete examples of quasi-linear partial differential operators are proposed. Our results can also be applied in the framework of suitable nonlinear Volterra integro-differential equations.

Neural fields with sigmoidal firing rates: approximate solutions

Many tissue level models of neural networks are written in the language of nonlinear integro-differential equations. Analytical solutions have only been obtained for the special case that the nonlinearity is a Heaviside function. Thus the pursuit of even approximate solutions to such models is of interest to the broad mathematical neuroscience community. Here we develop one such scheme, for stationary and travelling wave solutions, that can deal with a certain class of smoothed Heaviside functions. The distribution that smoothes the Heaviside is viewed as a fundamental object, and all expressions describing the scheme are constructed in terms of integrals over this distribution. The comparison of our scheme and results from direct numerical simulations is used to highlight the very good levels of approximation that can be achieved by iterating the process only a small number of times.

Adiabatic extraction models for beam dynamics

Il presente lavoro prende le mosse da un problema di dinamica dei fasci relativo a un metodo di separazione di un fascio di particelle recentemente messo in funzione nell’sincrotrone PS al CERN. In questo sistema, variando adiabaticamente i parametri di un campo magnetico, nello spazio delle fasi si creano diverse isole di stabilità (risonanze) in cui le particelle vengono catturate. Dopo una parte introduttiva in cui si ricava, a partire dalle equazioni di Maxwell, l’hamiltoniana di una particella sottoposta ai campi magnetici che si usano negli acceleratori, e una presentazione generale della teoria dell’invarianza adiabatica, si procede analizzando la dinamica di tali sistemi. Inizialmente si prende in considerazione l’hamiltoniana mediata sulle variabili veloci, considerando perturbazioni (kick) dei termini dipolare e quadrupolare. In ognuno dei due casi, si arriva a determinare la probabilità che una particella sia catturata nella risonanza. Successivamente, attraverso un approccio perturbativo, utilizzando le variabili di azione ed angolo, si calcola la forza della risonanza 4:1 per un kick quadrupolare.

Modelli dinamici di geodinamo

Questa tesi introduce le basi del geomagnetismo partendo da un approccio ai modelli fluidi e alle equazioni MHS, accennando alle numerose difficoltà che portano in materia di simulazioni e calcoli. In seguito si introducono i modelli a disco con uno studio approfondito della dinamica che, pur partendo da equazioni molto più semplici e approssimate della trattazione fluida, trova riscontro con i punti fondamentali del geomagnetismo e con i comportamenti dei modelli fluidi.