Control mechanisms in the human binocular oculomotor system

A study of human eye movements was made in order to elucidate the nature of the control mechanism in the binocular oculomotor system.

We first examined spontaneous eye movements during monocular and binocular fixation in order to determine the corrective roles of flicks and drifts. It was found that both types of motion correct fixational errors, although flicks are somewhat more active in this respect. Vergence error is a stimulus for correction by drifts but not by flicks, while binocular vertical discrepancy of the visual axes does not trigger corrective movements.

Second, we investigated the non-linearities of the oculomotor system by examining the eye movement responses to point targets moving in two dimensions in a subjectively unpredictable manner. Such motions consisted of hand-limited Gaussian random motion and also of the sum of several non-integrally related sinusoids. We found that there is no direct relationship between the phase and the gain of the oculomotor system. Delay of eye movements relative to target motion is determined by the necessity of generating a minimum afferent (input) signal at the retina in order to trigger corrective eye movements. The amplitude of the response is a function of the biological constraints of the efferent (output) portion of the system: for target motions of narrow bandwidth, the system responds preferentially to the highest frequency; for large bandwidth motions, the system distributes the available energy equally over all frequencies. Third, the power spectra of spontaneous eye movements were compared with the spectra of tracking eye movements for Gaussian random target motions of varying bandwidths. It was found that there is essentially no difference among the various curves. The oculomotor system tracks a target, not by increasing the mean rate of impulses along the motoneurons of the extra-ocular muscles, but rather by coordinating those spontaneous impulses which propagate along the motoneurons during stationary fixation. Thus, the system operates at full output at all times.

Fourth, we examined the relative magnitude and phase of motions of the left and the right visual axes during monocular and binocular viewing. We found that the two visual axes move vertically in perfect synchronization at all frequencies for any viewing condition. This is not true for horizontal motions: the amount of vergence noise is highest for stationary fixation and diminishes for tracking tasks as the bandwidth of the target motion increases. Furthermore, movements of the occluded eye are larger than those of the seeing eye in monocular viewing. This effect is more pronounced for horizontal motions, for stationary fixation, and for lower frequencies.

Finally, we have related our findings to previously known facts about the pertinent nerve pathways in order to postulate a model for the neurological binocular control of the visual axes.

Non-Linear Scale Interactions in a Forced Turbulent Boundary Layer

This thesis explores the dynamics of scale interactions in a turbulent boundary layer through a forcing-response type experimental study. An emphasis is placed on the analysis of triadic wavenumber interactions since the governing Navier-Stokes equations for the flow necessitate a direct coupling between triadically consist scales. Two sets of experiments were performed in which deterministic disturbances were introduced into the flow using a spatially-impulsive dynamic wall perturbation. Hotwire anemometry was employed to measure the downstream turbulent velocity and study the flow response to the external forcing. In the first set of experiments, which were based on a recent investigation of dynamic forcing effects in a turbulent boundary layer, a 2D (spanwise constant) spatio-temporal normal mode was excited in the flow; the streamwise length and time scales of the synthetic mode roughly correspond to the very-large-scale-motions (VLSM) found naturally in canonical flows. Correlation studies between the large- and small-scale velocity signals reveal an alteration of the natural phase relations between scales by the synthetic mode. In particular, a strong phase-locking or organizing effect is seen on directly coupled small-scales through triadic interactions. Having characterized the bulk influence of a single energetic mode on the flow dynamics, a second set of experiments aimed at isolating specific triadic interactions was performed. Two distinct 2D large-scale normal modes were excited in the flow, and the response at the corresponding sum and difference wavenumbers was isolated from the turbulent signals. Results from this experiment serve as an unique demonstration of direct non-linear interactions in a fully turbulent wall-bounded flow, and allow for examination of phase relationships involving specific interacting scales. A direct connection is also made to the Navier-Stokes resolvent operator framework developed in recent literature. Results and analysis from the present work offer insights into the dynamical structure of wall turbulence, and have interesting implications for design of practical turbulence manipulation or control strategies.

The oculomotor system: (1) Vertical-horizontal interaction and signal recognition, (2) Time delays and power spectra

In the first section of this thesis, two-dimensional properties of the human eye movement control system were studied. The vertical - horizontal interaction was investigated by using a two-dimensional target motion consisting of a sinusoid in one of the directions vertical or horizontal, and low-pass filtered Gaussian random motion of variable bandwidth (and hence information content) in the orthogonal direction. It was found that the random motion reduced the efficiency of the sinusoidal tracking. However, the sinusoidal tracking was only slightly dependent on the bandwidth of the random motion. Thus the system should be thought of as consisting of two independent channels with a small amount of mutual cross-talk.

These target motions were then rotated to discover whether or not the system is capable of recognizing the two-component nature of the target motion. That is, the sinusoid was presented along an oblique line (neither vertical nor horizontal) with the random motion orthogonal to it. The system did not simply track the vertical and horizontal components of motion, but rotated its frame of reference so that its two tracking channels coincided with the directions of the two target motion components. This recognition occurred even when the two orthogonal motions were both random, but with different bandwidths.

In the second section, time delays, prediction and power spectra were examined. Time delays were calculated in response to various periodic signals, various bandwidths of narrow-band Gaussian random motions and sinusoids. It was demonstrated that prediction occurred only when the target motion was periodic, and only if the harmonic content was such that the signal was sufficiently narrow-band. It appears as if general periodic motions are split into predictive and non-predictive components.

For unpredictable motions, the relationship between the time delay and the average speed of the retinal image was linear. Based on this I proposed a model explaining the time delays for both random and periodic motions. My experiments did not prove that the system is sampled data, or that it is continuous. However, the model can be interpreted as representative of a sample data system whose sample interval is a function of the target motion.

It was shown that increasing the bandwidth of the low-pass filtered Gaussian random motion resulted in an increase of the eye movement bandwidth. Some properties of the eyeball-muscle dynamics and the extraocular muscle "active state tension" were derived.

Phase mapping of domain kinetics in lithium niobate by digital holographic interferometry

The phase mapping of domain kinetics under the uniform steady-state electric field is achieved and investigated in the LiNbO3 crystals by digital holographic interferometry. We obtained the sequences of reconstructed three-dimensional and two-dimensional wave-field phase distributions during the electric poling in the congruent and near stoichiometric LiNbO3 crystals. The phase mapping of individual domain nucleation and growth in the two crystals are obtained. It is found that both longitudinal and lateral domain growths are not linear during the electric poling. The phase mapping of domain wall motions in the two crystals is also obtained. Both the phase relaxation and the pinning-depinning mechanism are observed during the domain wall motion. The residual phase distribution is observed after the high-speed domain wall motion. The corresponding analyses and discussions are proposed to explain the phenomena.

Tsunamis - a model of their generation and propagation

A general solution is presented for water waves generated by an arbitrary movement of the bed (in space and time) in a two-dimensional fluid domain with a uniform depth. The integral solution which is developed is based on a linearized approximation to the complete (nonlinear) set of governing equations. The general solution is evaluated for the specific case of a uniform upthrust or downthrow of a block section of the bed; two time-displacement histories of the bed movement are considered.

An integral solution (based on a linear theory) is also developed for a three-dimensional fluid domain of uniform depth for a class of bed movements which are axially symmetric. The integral solution is evaluated for the specific case of a block upthrust or downthrow of a section of the bed, circular in planform, with a time-displacement history identical to one of the motions used in the two-dimensional model.

Since the linear solutions are developed from a linearized approximation of the complete nonlinear description of wave behavior, the applicability of these solutions is investigated. Two types of non-linear effects are found which limit the applicability of the linear theory: (1) large nonlinear effects which occur in the region of generation during the bed movement, and (2) the gradual growth of nonlinear effects during wave propagation.

A model of wave behavior, which includes, in an approximate manner, both linear and nonlinear effects is presented for computing wave profiles after the linear theory has become invalid due to the growth of nonlinearities during wave propagation.

An experimental program has been conducted to confirm both the linear model for the two-dimensional fluid domain and the strategy suggested for determining wave profiles during propagation after the linear theory becomes invalid. The effect of a more general time-displacement history of the moving bed than those employed in the theoretical models is also investigated experimentally.

The linear theory is found to accurately approximate the wave behavior in the region of generation whenever the total displacement of the bed is much less than the water depth. Curves are developed and confirmed by the experiments which predict gross features of the lead wave propagating from the region of generation once the values of certain nondimensional parameters (which characterize the generation process) are known. For example, the maximum amplitude of the lead wave propagating from the region of generation has been found to never exceed approximately one-half of the total bed displacement. The gross features of the tsunami resulting from the Alaskan earthquake of 27 March 1964 can be estimated from the results of this study.

Finite-Element Simulations of Earthquakes

This thesis discusses simulations of earthquake ground motions using prescribed ruptures and dynamic failure. Introducing sliding degrees of freedom led to an innovative technique for numerical modeling of earthquake sources. This technique allows efficient implementation of both prescribed ruptures and dynamic failure on an arbitrarily oriented fault surface. Off the fault surface the solution of the three-dimensional, dynamic elasticity equation uses well known finite-element techniques. We employ parallel processing to efficiently compute the ground motions in domains containing millions of degrees of freedom.

Using prescribed ruptures we study the sensitivity of long-period near-source ground motions to five earthquake source parameters for hypothetical events on a strike-slip fault (M_w 7.0 to 7.1) and a thrust fault (M_w 6.6 to 7.0). The directivity of the ruptures creates large displacement and velocity pulses in the ground motions in the forward direction. We found a good match between the severity of the shaking and the shape of the near-source factor from the 1997 Uniform Building Code for strike-slip faults and thrust faults with surface rupture. However, for blind thrust faults the peak displacement and velocities occur up-dip from the region with the peak near-source factor. We assert that a simple modification to the formulation of the near-source factor improves the match between the severity of the ground motion and the shape of the near-source factor.

For simulations with dynamic failure on a strike-slip fault or a thrust fault, we examine what constraints must be imposed on the coefficient of friction to produce realistic ruptures under the application of reasonable shear and normal stress distributions with depth. We found that variation of the coefficient of friction with the shear modulus and the depth produces realistic rupture behavior in both homogeneous and layered half-spaces. Furthermore, we observed a dependence of the rupture speed on the direction of propagation and fluctuations in the rupture speed and slip rate as the rupture encountered changes in the stress field. Including such behavior in prescribed ruptures would yield more realistic ground motions.

Análise do cuidado em saúde na atenção básica em Piraí - RJ

A Estratégia de Saúde da Família é um dos movimentos adotados pelo Brasil para o alcance da universalidade de acesso aos serviços de saúde em todos os níveis de assistência, integralidade da atenção, preservação da autonomia, igualdade da assistência, direito à informação e participação da comunidade. Com a reorganização da prática assistencial, são esperados maior resolubilidade, vínculo, acesso e continuidade da atenção, através de equipe multidisciplinar. Diversos autores vêm-se debruçando na análise da adequação desse modelo com o cuidado em saúde e sua contribuição para o bom êxito do atendimento aos indivíduos, aliviando seus sofrimentos. O município de Piraí adotou esse modelo para 100% de sua população, em 2002. Este estudo tem por objetivo analisar o cuidado oferecido no município, na perspectiva teórica da integralidade, utilizando como condição traçadora o diabetes mellitus, descrevendo o desenvolvimento do atendimento e analisando o processo de trabalho à luz dos protocolos e normas recomendadas, assim como o cuidado na perspectiva do usuário. Foram realizadas entrevistas com profissionais que atuam há pelo menos três anos na mesma unidade e com usuários cadastrados minimamente por um ano, excluindo-se aqueles com quadros mais graves. Foi utilizado instrumento padronizado e elaborado com intenção de promover relatos sobre acesso, acolhimento, vínculo-responsabilização, coordenação de cuidado, uso de protocolos, resolubilidade, autonomia e percepção de cuidado pelo paciente em três unidades da estratégia de Piraí. A partir da análise dos resultados, observamos que o acesso aos serviços de saúde qualifica a atenção, por meio do atendimento personalizado e acolhedor, percebido a partir de relatos sobre o agendamento de 1 consulta, consulta subsequente, atendimento de emergência, acesso via telefone e priorização da população que reside em locais mais distantes da unidade. Com relação ao vínculo, os usuários reconhecem as profissionais que trabalham nas unidades, o que aproxima a equipe dos usuários e contribui para o estabelecimento de relações de longa duração e efetividade da atenção. Percebe-se a responsabilidade com a vida do paciente e o foco do trabalho no indivíduo. Os usuários mantêm uma relação de confiança. Buscar autonomia destes através da promoção de trabalhos em grupos e visitas domiciliares é uma realidade, muito embora nos pareça que existe uma dificuldade de superar a transmissão de informações, pela troca de experiências, ou mesmo de entender a forma de pensar do paciente em relação a sua condição de saúde, buscando habilidades para lidar com a situação. Isso faz com que o desenvolvimento de uma organização rotineira de grupos seja algo em que a equipe encontra dificuldades. À luz dos protocolos, são constatadas a busca ativa e a realização adequada com relação ao número e aprazamento das consultas médicas. No entanto, o registro no prontuário foi um problema detectado. O cuidado ao paciente, a partir dos registros, é desenvolvido principalmente pelo profissional médico. A avaliação por parte de outras categorias profissionais de nível superior é pouco expressa. Do ponto de vista biológico, as metas estabelecidas em protocolo para os usuários são atingidas por um número restrito de usuários. Essas situações demonstram a necessidade de investimentos que favoreçam a superação desses desafios.

Nonlinear magnetic vortex dynamics in a circular nanodot excited by spin-polarized current

We investigate analytically and numerically nonlinear vortex spin torque oscillator dynamics in a circular magnetic nanodot induced by a spin-polarized current perpendicular to the dot plane. We use a generalized nonlinear Thiele equation including spin-torque term by Slonczewski for describing the nanosize vortex core transient and steady orbit motions and analyze nonlinear contributions to all forces in this equation. Blue shift of the nano-oscillator frequency increasing the current is explained by a combination of the exchange, magnetostatic, and Zeeman energy contributions to the frequency nonlinear coefficient. Applicability and limitations of the standard nonlinear nano-oscillator model are discussed.

Collective dynamics of glass-forming polymers at intermediate length scales: a synergetic combination of neutron scattering, atomistic simulations and theoretical modelling

Qens/wins 2014 - 11th International Conference on Quasielastic Neutron Scattering and 6th International Workshop on Inelastic Neutron Spectrometers / editado por:Frick, B; Koza, MM; Boehm, M; Mutka, H

Ecologia do jacaré de papo amarelo (Caiman latirostris, Daudin 1802) em ambiente urbano no município do Rio de Janeiro

Estudos ecológicos em meio urbano servem de subsídios à estratégias de conservação, propostas de manejo e/ou adequações dos planejamentos urbanos. No presente estudo analisei a ecologia do jacaré de papo amarelo em meio urbano no muncípio do Rio de Janeiro. O estudo foi realizado em um complexo de lagoas inseridos em meio a cidade do RJ. O complexo lagunar de Jacarepaguá está situado entre os principais bairros que mais cresceram nos últimos dez anos, tais como: Barra da Tijuca, Recreio dos Bandeirantes e a região de Jacarepaguá. Estudei o crescimento corpóreo do jacaré de papo amarelo e o seu desenvolvimento até a idade da primeira reprodução. O processo de crescimento individual é fundamental para todos os organismos, e seus respectivos estudos têm sido um assunto de preocupação ao manejo e conservação de espécies. Os dados para análise da taxa de crescimento individual compreenderam de recapturas de diferentes animais após intervalos conhecidos (data da recaptura - data da captura). Realizei um total de 20 recapturas de jacarés dentre 352 capturas. A maioria dos estudos de crescimento de jacarés foram realizadas em regiões mais frias, de latitudes mais baixas, logo os efeitos climáticos podem ser um fator importante no desenvolvimento desses animais. Após determinar a idade dos jacarés procurei analisar a distribuição de classes etárias utilizando a idade dos animais, e a razão sexual para entender a dinâmica da população através de sua estrutura etária e sexo. Foi feito uma distribuição por classes etárias e razão sexual dos indivíduos da população e a distribuição dos estágios de idade subsidiaram uma tabela de vida para C. latirostris em meio urbano. Foram capturados 68 (19,3%) jacarés juvenis, 180 (51,1%) sub adultos, e 104 (29,6%) adultos. A razão sexual para os jacarés capturados no Complexo Lagunar de Jacarepaguá foi de 3,3:1 (macho:fêmea), onde capturei 213 (78,7%) machos para 65 (21,3%) fêmeas e 90 jacarés juvenis onde não é possível identificar o sexo devido a idade. A taxa líquida de crescimento da população apresentou um valor negativo, o que corrobora a hipótese alternativa que a população estaria diminuindo. Conclui que a população de jacarés no complexo lagunar de Jacarepaguá não está crescendo. Devido a interação com o meio urbano ser cada vez mais intensificada realizei uma pesquisa sócio ambiental para entender qual é a relação da população humana em relação ao convívio com os jacarés em seu dia a dia na cidade do Rio de Janeiro. Desta forma, foi realizado um estudo com o objetivo de identificar as percepções ambientais e concepções das pessoas em relação ao convívio com jacarés nos bairros do Recreio dos Bandeirantes e Barra da Tijuca, no Rio de Janeiro. Os dados coletados representaram conceituações negativo-positivas que os entrevistados apresentaram sobre a relação com os jacarés em áreas urbanas no município do Rio de Janeiro. Por meio deste estudo, conclui-se que há uma carência de elaboração de propostas de desenvolvimento, de estratégias de educação ambiental e melhor divulgação sobre noções ecológicas para a preservação de jacarés e seus ambientes, tanto para a população como para os responsáveis técnicos dos programas sócioambientais do município.

Ume txikien emozioak joko-jolas motorretan

[eus] Lan hau 3 urteko umeen gelan egindako ikerketa bat da, bertan, jolas tradizionalak praktikan jarriko dira eta hauek umeen emozioetan duten eragina aztertuko da. Horretarako ikerketa hau 3 fase desberdinetan planteatu dugu: lehenengo pausua, jolas tradizionalak irudien bidez zer diren azaltzea izan da; ondoren, kontinente desberdinetako jolas tradizional batzuk burutu egin ditugu; eta, jarraian, umeak sentitu dutena marrazki batean adierazi dute. Praktikatutako jardueren barne logika aztertu dugu, espazio, denbora, harremanak eta objektuak eta umeek marraztutako marrazkiekin erlazionatu ditugu.

Desenvolvimento de técnicas de otimização da programação das limpezas de redes de trocadores de calor

Trocadores de calor são equipamentos muito utilizados na indústria de processos com o objetivo de modificar a temperatura e/ou o estado físico de correntes materiais. Uma rede de trocadores de calor pode ser definida como um grupo de trocadores de calor interligados, a fim de reduzir as necessidades de energia de um sistema. No entanto, durante a operação de uma rede, a eficiência térmica dos trocadores de calor diminui devido à deposição. Esse efeito promove o aumento dos custos de combustível e das emissões de carbono. Uma alternativa para mitigar este problema baseia-se no estabelecimento de uma programação das limpezas dos trocadores de calor durante a operação de rede. Este tipo de abordagem ocasiona uma situação na qual ocorre um conflito de escolha: a limpeza de um trocador de calor pode recuperar a sua eficiência térmica, mas implica custos adicionais, tais como, mão-de-obra, produtos químicos, etc. Além disso, durante a limpeza, o trocador de calor tem de ser contornado por uma corrente de by-pass, o que aumenta temporariamente o consumo de energia. Neste contexto, o presente trabalho tem como objetivo explorar diferentes técnicas de otimização envolvendo métodos estocásticos e heurísticos. Com este objetivo foi desenvolvido um conjunto de códigos computacionais integrados que envolvem a simulação pseudo-estacionária do comportamento da rede relacionado com incrustações e a otimização da programação das limpezas deste tipo de sistema. A solução do problema indica os períodos de tempo para a limpeza de cada trocador de calor. Na abordagem estocástica empregada, os parâmetros do algoritmo genético, como probabilidade de crossover e probabilidade de mutação, foram calibrados para o presente problema. A abordagem heurística desenvolvida se deu através da sequência do conjunto de movimentos zero, um e dois. De forma alternativa, desenvolveu-se a metodologia heurística recursiva na qual os conjuntos de movimentos um e dois foram empregados recursivamente. Também foi desenvolvida a abordagem híbrida que consistiu em diferentes combinações da metodologia estocástica e heurística. A análise comparativa entre as metodologias empregadas teve como objetivo avaliar a abordagem mais adequada para o presente problema da programação das limpezas em termos de função objetivo e esforço computacional. O desempenho da abordagem proposta foi explorado através de uma série de exemplos, incluindo uma refinaria real brasileira. Os resultados foram promissores, indicando que as técnicas de otimização analisadas neste trabalho podem ser abordagens interessantes para operações que envolvam redes de trocadores de calor. Dentre as abordagens de otimização analisadas, a metodologia heurística desenvolvida no presente trabalho apresentou os melhores resultados se mostrando competitiva frente às abordagens comparadas da literatura

Two Glass Transitions Associated to Different Dynamic Disorders in the Nematic Glassy State of a Non-Symmetric Liquid Crystal Dimer Dopped with gamma-Alumina Nanoparticles

In the present work, the nematic glassy state of the non-symmetric LC dimer -(4-cyanobiphenyl-4-yloxy)--(1-pyrenimine-benzylidene-4-oxy) undecane is studied by means of calorimetric and dielectric measurements. The most striking result of the work is the presence of two different glass transition temperatures: one due to the freezing of the flip-flop motions of the bulkier unit of the dimer and the other, at a lower temperature, related to the freezing of the flip-flop and precessional motions of the cyanobiphenyl unit. This result shows the fact that glass transition is the consequence of the freezing of one or more coupled dynamic disorders and not of the disordered phase itself. In order to avoid crystallization when the bulk sample is cooled down, the LC dimer has been confined via the dispersion of -alumina nanoparticles, in several concentrations.

Fluorescence cross-correlation spectroscopy to study hemodynamics

[EN] In the recent years a series of optical correlation techniques have been developed in order to be able to measure flow velocity with high spatial resolution while being non-invasive in order to be employed in-vivo on biological organisms. The technique employed in my thesis work, scanning laser image correlation (SLIC), is a powerful approach for the detection of flow motions because it overcomes some limitations of the classical spectroscopy techniques. SLIC method consists in repeated laser scans over a linear pattern and on the cross correlation of the signal emitted by the excited fluorophores in different positions along the scan line. Therefore, the resulting measurements for flow velocity are really accurate.

Intelectuais nas trincheiras: a Liga Brasileira pelos Aliados e o debate sobre a primeira guerra mundial (1914-1919)

Esta dissertação procura compreender a atuação e o discurso da Liga Brasileira pelos Aliados, associação fundada com o propósito de apoiar a campanha dos Aliados na Primeira Guerra Mundial. Pretende-se analisar sua estrutura de funcionamento e formas de atuação para promover a campanha daquele bloco de combatentes ao longo do conflito europeu. Através dos boletins, artigos e moções publicados na imprensa carioca, observa-se a elaboração de um discurso com o intuito não apenas de persuadir a opinião pública brasileira a favor dos Aliados, mas de estabelecer uma representação da nação brasileira na Primeira República.