Phase transitions and nonlinear phenomena in neuronal network models

Communication and cooperation between billions of neurons underlie the power of the brain. How do complex functions of the brain arise from its cellular constituents? How do groups of neurons self-organize into patterns of activity? These are crucial questions in neuroscience. In order to answer them, it is necessary to have solid theoretical understanding of how single neurons communicate at the microscopic level, and how cooperative activity emerges. In this thesis we aim to understand how complex collective phenomena can arise in a simple model of neuronal networks. We use a model with balanced excitation and inhibition and complex network architecture, and we develop analytical and numerical methods for describing its neuronal dynamics. We study how interaction between neurons generates various collective phenomena, such as spontaneous appearance of network oscillations and seizures, and early warnings of these transitions in neuronal networks. Within our model, we show that phase transitions separate various dynamical regimes, and we investigate the corresponding bifurcations and critical phenomena. It permits us to suggest a qualitative explanation of the Berger effect, and to investigate phenomena such as avalanches, band-pass filter, and stochastic resonance. The role of modular structure in the detection of weak signals is also discussed. Moreover, we find nonlinear excitations that can describe paroxysmal spikes observed in electroencephalograms from epileptic brains. It allows us to propose a method to predict epileptic seizures. Memory and learning are key functions of the brain. There are evidences that these processes result from dynamical changes in the structure of the brain. At the microscopic level, synaptic connections are plastic and are modified according to the dynamics of neurons. Thus, we generalize our cortical model to take into account synaptic plasticity and we show that the repertoire of dynamical regimes becomes richer. In particular, we find mixed-mode oscillations and a chaotic regime in neuronal network dynamics.

Modelação morfodinâmica a longa escala temporal: aplicabilidade de um modelo baseado em processos

Disssertação de mest., Estudos Marinhos e Costeiros, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Univ. do Algarve, 2010

A influência das tecnologias de informação e de comunicação na procura turística: uma abordagem com dados em macro panel

Tese de Doutoramento em Métodos Quantitativos Aplicados à Economia e à Gestão, Especialização em Econometria, Universidade do Algarve

Inovação tecnológica nas PME e dinâmica regional em Portugal

Tese de dout., Economia (Economia da Informação), Faculdade de Economia, Univ. do Algarve, 2004

O papel mediatizador das tecnologias da informação e comunicação junto dos directores de turma: estudo de caso

Dissertação de mest., Ciências da Educação e da Formação (Gestão e Administração Educacional), Faculdade de Ciências Humanas e Sociais, Univ. do Algarve, 2011

Aplicação Webgis para análise do comportamento de substâncias prioritárias da DQA na bacia hidrográfica do Algarve

Dissertação de mest., Geomática (Ciência da Informação Geográfica), Faculdade de Ciências e Tecnologia, Univ. do Algarve, 2012

O mito de Eros e Psique em animação 3d

Dissertação de mest., Produção, Edição e Comunicação de Conteúdos (Comunicação Multimédia), Faculdade de Ciências Humanas e Sociais, Univ. do Algarve, 2012

A (des)continuidade das representações de vinculação das crianças adotadas

A presente investigação teve como principais objetivos estudar as representações de vinculação das crianças adotadas e a sua relação com: (1) aspetos individuais da história de institucionalização e de adoção (i.e., idade e duração); (2) aspetos familiares, nomeadamente, a comunicação pais-filhos e o funcionamento familiar; e (3) a adaptação da criança (i.e., problemas de internalização, externalização e sono). Participaram na investigação 30 famílias adotivas da região do Algarve, num total de 89 participantes, entre os quais 30 crianças adotadas, com uma média de idades de 6.9 anos, 30 mães e 29 pais adotivos. Os resultados obtidos sugerem que: (1) as representações de vinculação das crianças adotadas situam-se no limiar entre a insegurança e a segurança; (2) as crianças apresentam representações mais seguras nos temas que evocam a relação de autoridade e o auxílio em situações de medo e dor e representações menos seguras nas histórias que evocam a separação das figuras de vinculação; (3) as crianças tendem a utilizar, simultaneamente, representações parentais positivas e negativas; (4) o tempo de adoção e a comunicação com a mãe são preditores significativos das representações de vinculação, assim, mais tempo com a família adotiva e menor abertura na comunicação pais-filhos associam-se a representações mais seguras; e (5) as representações de vinculação predizem significativamente os problemas de internalização e associam-se com os problemas de sono, de tal forma que crianças mais seguras tendem a ter menos problemas de internalização e de sono. As implicações práticas dos resultados obtidos são discutidas com o objetivo de contribuir para uma maior adaptação das crianças nas famílias adotivas.

Calibração de um modelo hidrológico SWAT para a bacia hidrográfica da Ribeira de Quarteira

O Algarve é uma região que apresenta algumas particularidades no que toca às necessidades hídricas e respetiva disponibilidade. O consumo de água é relativamente elevado e as necessidades hídricas são mais elevadas nos meses de Verão quando a precipitação é escassa. Deste modo é de grande importância a realização de uma boa gestão dos recursos hídricos de modo a garantir a sustentabilidade dos recursos naturais. Neste âmbito surge a aplicação de softwares de modelação hidrológica que permitem realizar prognósticos simulando as condições a que o meio está sujeito. Na presente dissertação pretende-se aplicar o modelo SWAT para modelar as condições atuais registadas na bacia hidrográfica da Ribeira de Quarteira. Pretende-se também realizar a modelação de cenários de alterações climáticas previstas para dois períodos futuros: 2020-2050 e 2069-2099. A construção do modelo foi realizada em ArcSWAT, a análise de outputs foi feita em SWAT_Check e para a calibração e validação do modelo utilizou-se o software SWAT-CUP4. Os resultados obtidos na calibração e validação são relativamente satisfatórios tendo em conta a fraca qualidade e quantidade dos dados de entrada disponíveis e considerando-se o meio geológico cársico onde se pretendeu realizar a modelação. Os cenários simulados tiveram como base dois modelos climáticos realizados no âmbito do projeto CLIMWAT (ICTP-REGCM3 e CNRM-RM5.1). Os resultados de ambos modelos apontam para um aumento de temperatura e diminuição generalizada de precipitação que têm como consequência um aumento significativo de evapotranspiração real e uma diminuição muito grande de recarga profunda e do caudal instantâneo. Um dos modelos aponta para, no período 2020-2050, um aumento de eventos extremos (secas e cheias). Estas previsões vêm reforçar a grande necessidade de uma boa gestão dos recursos hídricos.

Eco ventilação: desenvolvimento de uma ventilação mais ecológica

Neste trabalho é desenvolvido um estudo comparativo de vários sistemas de ventilação, baseados em jactos localizados. Foram avaliados, para cada um deles, o nível da qualidade do ar interior, conforto térmico, desconforto térmico local (risco de resfriamento) a que os ocupantes estão sujeitos e o índice ADI (Air Distribution Index). O estudo foi efectuado numericamente, a partir de dois softwares acoplados, e experimentalmente, a partir de uma sala de aula desenvolvida a escala real. Nesta sala de aulas, equipada com 6 ou 12 ocupantes e com 6 secretárias, foram analisados sistemas de ventilação com jactos verticais descendentes, localizados em cima (mais afastado e mais próximo do nível da cabeça dos ocupantes) e à frente dos ocupantes, e com jactos horizontais, localizados em frente dos ocupantes, em cima e em baixo da secretária. O estudo numérico, da interacção do escoamento com os ocupantes, foi efectuado a partir do acoplamento de um software que simula a resposta térmica dos ocupantes (Human Thermal Comfort) e um que simula o escoamento tridimensional em espaços ocupados (Virtual Air Flow - 3D), utilizando o modelo de turbulência RNG. Foi utilizada uma malha não uniforme, com um maior refinamento junto dos obstáculos e nas entradas e saídas de ar. No estudo do projecto do sistema de ventilação baseado em jactos verticais descendentes localizados em cima e mais afastado do nível da cabeça dos ocupantes, foram efectuadas medições experimentais de forma a validar os softwares acoplados e um modelo desenvolvido para calcular o escoamento unidireccional no interior de condutas. Neste estudo foi ainda utilizado um modelo de cálculo das temperaturas das superfícies. Por fim foi realizada uma simulação num contexto mais real, com 6 ocupantes sentados e um ocupante em pé, simulando 6 alunos e um professor, onde foi utilizado o acoplamento dos modelos Human Thermal Comfort e Virtual Air Flow - 3D, o modelo numérico de escoamentos unidireccionais no interior de condutas e o modelo de cálculo das temperaturas das superfícies. São ainda feitas sugestões para a partir deste trabalho, se efectuarem estudos em geometrias mais complexas.

Assessing soil erosion due to land use change at the Alqueva reservoir surrounding area

Tese de doutoramento, Ciências do Mar, da Terra e do Ambiente, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2015

Contamination of farmed gilthead sea bream (Sparus aurata, Linnaeus, 1758) by the parasite Amyloodinium ocellatum: a proteomic approach

Dissertação de mestrado, Aquacultura e Pescas, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Uniersidade do Algarve, 2015

Optimization of molecular dynamics simulation code and applications to biomolecular systems

Tese de doutoramento, Bioquimica, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2015

Caracterização funcional da microalga extremófila Coccomyxa sp.

Dissertação de mestrado, Biologia Molecular e Microbiana, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2015

"Educar é transformar o Mundo..." : lógicas de ação num colégio privado

Relatório de estágio de mestrado, Ciências da Educação (Administração Educacional), Universidade de Lisboa, Instituto de Educação, 2012