The role of fixed delays in neuronal rate models

Fixed delays in neuronal interactions arise through synaptic and dendritic processing. Previous work has shown that such delays, which play an important role in shaping the dynamics of networks of large numbers of spiking neurons with continuous synaptic kinetics, can be taken into account with a rate model through the addition of an explicit, fixed delay. Here we extend this work to account for arbitrary symmetric patterns of synaptic connectivity and generic nonlinear transfer functions. Specifically, we conduct a weakly nonlinear analysis of the dynamical states arising via primary instabilities of the stationary uniform state. In this way we determine analytically how the nature and stability of these states depend on the choice of transfer function and connectivity. While this dependence is, in general, nontrivial, we make use of the smallness of the ratio in the delay in neuronal interactions to the effective time constant of integration to arrive at two general observations of physiological relevance. These are: 1 - fast oscillations are always supercritical for realistic transfer functions. 2 - Traveling waves are preferred over standing waves given plausible patterns of local connectivity.

Anàlisi de la modelització hidrològica com a eina per la predicció d'inundacions i la gestió del territori

Les inundacions són actualment les catàstrofes naturals més recurrents i les que generen un major nombre de danys i víctimes arreu del món. L'ocupació de les zones inundables a les lleres del riu és la causa principal d’aquests desastres naturals. En aquest article es descriu la realització de models hidrològics com a mecanisme per la predicció d’inundacions i la gestió del territori. S’han estudiat les conques de la Riera de Santa Coloma (Catalunya) i del riu San Francisco (Guatemala) mitjançant els programes HEC-HMS i HEC-RAS, dels quals s’avalua la seva capacitat com eina per a la gestió del territori. S’ha analitzat l’efecte de la urbanització en el risc d’inundació en el cas de la Riera de Santa Coloma en base a la previsió del Plà d’Ordenament Urbanístic Municipal. S’han determinat les zones inundables resultants de episodis de precipitació extrems al Riu San Francisco per als episodis de les tempestes Stan(2005) i Agatha(2010).

Analisi espacial del canvi climàtic al continent europeu. Incerteses i exposicions principals

El canvi climàtic del segle XXI és una realitat, hi ha moltes evidències científiques que indiquen que l’escalfament del sistema climàtic és inequívoc. Malgrat això, també hi ha moltes incerteses respecte els impactes que pot comportar aquest canvi climàtic global. L’objectiu d’aquest projecte és estudiar la possible evolució futura de tres variables climàtiques, que són el rang de la temperatura diürna a prop de la superfície (DTR), la temperatura mitjana a prop de la superfície (MT) i la precipitació mensual (PL_mes) i valorar l’exposició que poden experimentar diferents cobertes del sòl i diferents regions biogeogràfiques del continent europeu davant d’aquests possibles patrons de canvi. Per això s’han utilitzat Models Climàtics Globals que fan projeccions de variables climàtiques que permeten preveure el possible clima futur. Mitjançant l’aplicatiu informàtic Tetyn s’han extret els paràmetres climàtics dels conjunts de dades del Tyndall Centre for Climate Change Research, del futur (TYN SC) i del passat (CRU TS). Les variables obtingudes s’han processat amb eines de sistemes d’informació geogràfica (SIG) per obtenir els patrons de canvi de les variables a cada coberta del sòl. Els resultats obtinguts mostren que hi ha una gran variabilitat, que augmenta amb el temps, entre els diferents models climàtics i escenaris considerats, que posa de manifest la incertesa associada a la modelització climàtica, a la generació d’escenaris d’emissions i a la naturalesa dinàmica i no determinista del sistema climàtic. Però en general, mostren que les glaceres seran una de les cobertes més exposades al canvi climàtic, i la mediterrània, una de les regions més vulnerables

Estrategies per la inversió tridimensional de dades magnetotel.lúriques:

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada a la Dublin Institute for Advanced Studies, Irlanda, entre setembre i desembre del 2009.En els últims anys s’ha realitzat un important avanç en la modelització tridimensional en magnetotel•lúrica (MT) gracies a l'augment d’algorismes d’inversió tridimensional disponibles. Aquests codis utilitzen diferents formulacions del problema (diferències finites, elements finits o equacions integrals), diverses orientacions del sistema de coordenades i, o bé en el conveni de signe, més o menys, en la dependència temporal. Tanmateix, les impedàncies resultants per a tots els valors d'aquests codis han de ser les mateixes una vegada que es converteixen a un conveni de signe comú i al mateix sistema de coordenades. Per comparar els resultats dels diferents codis hem dissenyat models diferents de resistivitats amb estructures tridimensional incrustades en un subsòl homogeni. Un requisit fonamental d’aquests models és que generin impedàncies amb valors importants en els elements de la diagonal, que no són menyspreables. A diferència dels casos del modelització de dades magnetotel.lúriques unidimensionals i bidimensionals, pel al cas tridimensional aquests elements de les diagonals del tensor d'impedància porten informació sobre l'estructura de la resistivitat. Un dels models de terreny s'utilitza per comparar els diferents algoritmes que és la base per posterior inversió dels diferents codis. Aquesta comparació va ser seguida de la inversió per recuperar el conjunt de dades d'una estructura coneguda.

Mixing compositions and other scales

Theory of compositional data analysis is often focused on the composition only. However in practical applications we often treat a composition together with covariableswith some other scale. This contribution systematically gathers and develop statistical tools for this situation. For instance, for the graphical display of the dependenceof a composition with a categorical variable, a colored set of ternary diagrams mightbe a good idea for a first look at the data, but it will fast hide important aspects ifthe composition has many parts, or it takes extreme values. On the other hand colored scatterplots of ilr components could not be very instructive for the analyst, if theconventional, black-box ilr is used.Thinking on terms of the Euclidean structure of the simplex, we suggest to set upappropriate projections, which on one side show the compositional geometry and on theother side are still comprehensible by a non-expert analyst, readable for all locations andscales of the data. This is e.g. done by defining special balance displays with carefully-selected axes. Following this idea, we need to systematically ask how to display, explore,describe, and test the relation to complementary or explanatory data of categorical, real,ratio or again compositional scales.This contribution shows that it is sufficient to use some basic concepts and very fewadvanced tools from multivariate statistics (principal covariances, multivariate linearmodels, trellis or parallel plots, etc.) to build appropriate procedures for all these combinations of scales. This has some fundamental implications in their software implementation, and how might they be taught to analysts not already experts in multivariateanalysis

Spatial Analysis of Cell Composition Data

A version of Matheron’s discrete Gaussian model is applied to cell composition data.The examples are for map patterns of felsic metavolcanics in two different areas. Q-Qplots of the model for cell values representing proportion of 10 km x 10 km cell areaunderlain by this rock type are approximately linear, and the line of best fit can be usedto estimate the parameters of the model. It is also shown that felsic metavolcanics in theAbitibi area of the Canadian Shield can be modeled as a fractal

Thermodynamics and log–contrast analysis in fluid geochemistry

There are two principal chemical concepts that are important for studying the naturalenvironment. The first one is thermodynamics, which describes whether a system is atequilibrium or can spontaneously change by chemical reactions. The second main conceptis how fast chemical reactions (kinetics or rate of chemical change) take place wheneverthey start. In this work we examine a natural system in which both thermodynamics andkinetic factors are important in determining the abundance of NH+4 , NO−2 and NO−3 insuperficial waters. Samples were collected in the Arno Basin (Tuscany, Italy), a system inwhich natural and antrophic effects both contribute to highly modify the chemical compositionof water. Thermodynamical modelling based on the reduction-oxidation reactionsinvolving the passage NH+4 -& NO−2 -& NO−3 in equilibrium conditions has allowed todetermine the Eh redox potential values able to characterise the state of each sample and,consequently, of the fluid environment from which it was drawn. Just as pH expressesthe concentration of H+ in solution, redox potential is used to express the tendency of anenvironment to receive or supply electrons. In this context, oxic environments, as thoseof river systems, are said to have a high redox potential because O2 is available as anelectron acceptor.Principles of thermodynamics and chemical kinetics allow to obtain a model that oftendoes not completely describe the reality of natural systems. Chemical reactions may indeedfail to achieve equilibrium because the products escape from the site of the rectionor because reactions involving the trasformation are very slow, so that non-equilibriumconditions exist for long periods. Moreover, reaction rates can be sensitive to poorly understoodcatalytic effects or to surface effects, while variables as concentration (a largenumber of chemical species can coexist and interact concurrently), temperature and pressurecan have large gradients in natural systems. By taking into account this, data of 91water samples have been modelled by using statistical methodologies for compositionaldata. The application of log–contrast analysis has allowed to obtain statistical parametersto be correlated with the calculated Eh values. In this way, natural conditions in whichchemical equilibrium is hypothesised, as well as underlying fast reactions, are comparedwith those described by a stochastic approach

Compositional Time Series: An Application

The composition of the labour force is an important economic factor for a country.Often the changes in proportions of different groups are of interest.I this paper we study a monthly compositional time series from the Swedish LabourForce Survey from 1994 to 2005. Three models are studied: the ILR-transformed series,the ILR-transformation of the compositional differenced series of order 1, and the ILRtransformationof the compositional differenced series of order 12. For each of thethree models a VAR-model is fitted based on the data 1994-2003. We predict the timeseries 15 steps ahead and calculate 95 % prediction regions. The predictions of thethree models are compared with actual values using MAD and MSE and the predictionregions are compared graphically in a ternary time series plot.We conclude that the first, and simplest, model possesses the best predictive power ofthe three models

A continuous strain-space model of viral evolution within a host

Viruses rapidly evolve, and HIV in particular is known to be one of the fastest evolving human viruses. It is now commonly accepted that viral evolution is the cause of the intriguing dynamics exhibited during HIV infections and the ultimate success of the virus in its struggle with the immune system. To study viral evolution, we use a simple mathematical model of the within-host dynamics of HIV which incorporates random mutations. In this model, we assume a continuous distribution of viral strains in a one-dimensional phenotype space where random mutations are modelled by di ffusion. Numerical simulations show that random mutations combined with competition result in evolution towards higher Darwinian fitness: a stable traveling wave of evolution, moving towards higher levels of fi tness, is formed in the phenoty space.

Planteamiento y optimización de experimentos analíticos

En el prosent projecte s'introduirà la teoria del disseny estadístic d'experiments i ens endinsarem amb més profunditat en els dissenys factorials complerts. Aquest tipus de dissenys, són d'aplicació en sistemes en els que es desitja estudiar la influència que tenen els k factors sobre una variable resposta. Els dissenys factorials complerts, són aquells en els que els k factors poden prendre diversos nivells, i es contemplen totes les posibles combinacions entre ells. Aquest projecte es centrarà més concretament en els dissenys factorials complerts 2, on el número 2 indica que cadascun els factors pren 2 nivells diferents. S'explicarà la teoria corresponent a aquests dissenys amb l'ajuda de diversos exemples, explicant des de un disseny factorial en el que s'estudia la influència de 2 factros (2), fins a un en el que s'estudia la influència de 4 factors (2). També s'ha introduït alguns mètodes que ens ajudaran a trobar models matemàtics que s'ajustin al sistema, i algunes metodologies d'optimització com la metodologia de superficie de resposta o el mètode simplex, per poder treure el màxim partit als nostres recursos. Una vegada introduïts tots aquests conceptes, es procedirà a realitzar un estudi i optimització d'una reacció química que consisteix en l'eliminació del coure d'una dissolució per a la posterior utilització d'aquesta dissolució en la industria per a l'extracció d'or i plata. El segon cas d'aplicació serà la realització de l'estudi i optimització del procés d'obtenció de biodièsel. En ambdós casos s'aplicarà un disseny factorial complet 2, però en cada un s'aplicarà una metodologia diferent per realitzar la optimització. Donat que aquest és un projecte purament centrat en el disseny d'experiments i en el tractament de les dades obtingudes, l'experimentació no ha sigut realitzada per nosaltres, sinó que la informació referent a la mateixa s'ha obtingut d'articles acadèmics realitzats per diferents universitats que han realitzat els estudis corresponents.

Mathematical modeling and analysis of the interaction of populations of bacteria and bacteriophages within chicken intestine

Vegeu el resum a l'inici del document de l'arxiu adjunt

An axiomatic characterization of the strong constrained egalitarian solution

In this paper we axiomatize the strong constrained egalitarian solution (Dutta and Ray, 1991) over the class of weak superadditive games using constrained egalitarianism, order-consistency, and converse order-consistency. JEL classification: C71, C78. Keywords: Cooperative TU-game, strong constrained egalitarian solution, axiomatization.

A note on discrete claims problems

In this note, we consider claims problems with indivisible goods. Specifically, by applying recursively the P-rights lower bound (Jiménez-Gómez and Marco-Gil (2008)), we ensure the fulfillment of Weak Order Preservation, considered by many authors as a minimal requirement of fairness. Moreover, we retrieve the Discrete Constrained Equal Losses and the Discrete Constrained Equal Awards rules (Herrero and Martíınez (2008)). Finally, by the recursive double imposition of a lower and an upper bound, we obtain the average between them. Keywords: Claims problems, Indivisibilities, Order Preservation, Constrained Egalitarian rules, Midpoint. JEL classification: C71, D63, D71.

Fair bounds based solidarity

How should scholarships be distributed among the (public) higher education students? We raise this situation as a redistribution problem. Following the approach developed in Fleurbaey (1994) and Bossert (1995), redistribution should be based on the notion of solidarity and it re-allocates resources taking into account only agents’ relevant characteristics. We also follow Luttens (2010a), who considers that compensation of relevant characteristics must be based on a lower bound on what every individual deserves. In doing so, we use the so-called fair bound (Moulin (2002)) to define an egalitarian redistribution mechanism and characterize it in terms of non-negativity, priority in lower bound and solidarity. Finally, we apply our approach to the scholarships redistribution problem. Keywords: Redistribution mechanism, Lower bounds, Scholarship, Solidarity. JEL classification: C71, D63, D71

The Limits of Discrete Time Repeated Games:Some Notes and Comments

This paper studies the limits of discrete time repeated games with public monitoring. We solve and characterize the Abreu, Milgrom and Pearce (1991) problem. We found that for the "bad" ("good") news model the lower (higher) magnitude events suggest cooperation, i.e., zero punishment probability, while the highrt (lower) magnitude events suggest defection, i.e., punishment with probability one. Public correlation is used to connect these two sets of signals and to make the enforceability to bind. The dynamic and limit behavior of the punishment probabilities for variations in ... (the discount rate) and ... (the time interval) are characterized, as well as the limit payo¤s for all these scenarios (We also introduce uncertainty in the time domain). The obtained ... limits are to the best of my knowledge, new. The obtained ... limits coincide with Fudenberg and Levine (2007) and Fudenberg and Olszewski (2011), with the exception that we clearly state the precise informational conditions that cause the limit to converge from above, to converge from below or to degenerate. JEL: C73, D82, D86. KEYWORDS: Repeated Games, Frequent Monitoring, Random Pub- lic Monitoring, Moral Hazard, Stochastic Processes.