Local examination of skin diffusion using FTIR spectroscopic imaging and multivariate target factor analysis

In the context of trans-dermal drug delivery it is very important to have mechanistic insight into the barrier function of the skin's stratum corneum and the diffusion mechanisms of topically applied drugs. Currently spectroscopic imaging techniques are evolving which enable a spatial examination of various types of samples in a dynamic way. ATR-FTIR imaging opens up the possibility to monitor spatial diffusion profiles across the stratum corneum of a skin sample. Multivariate data analyses methods based on factor analysis are able to provide insight into the large amount of spectroscopically complex and highly overlapping signals generated. Multivariate target factor analysis was used for spectral resolution and local diffusion profiles with time through stratum corneum. A model drug, 4-cyanophenol in polyethylene glycol 600 and water was studied. Results indicate that the average diffusion profiles between spatially different locations show similar profiles despite the heterogeneous nature of the biological sample and the challenging experimental set-up.

A FUNCTIONAL, COMPARATIVE AND CLINICAL ANALYSIS OF SPERM-BORNE OOCYTE ACTIVATING FACTOR, PAWP

Successful fertilization depends upon the activation of metaphase II arrested oocytes by sperm-borne oocyte activating factor (SOAF). Failure of oocyte activation is considered as the cause of treatment failure in a proportion of infertile couples. SOAF induces the release of intracellular calcium in oocyte which leads to meiotic resumption and pronuclear formation. Calcium release is either in the form of single calcium transient in echinoderm and amphibian oocytes or several calcium oscillations in ascidian and mammalian oocytes. Although the SOAF attributes are established, it is not clear which sperm protein(s) play such role. Sperm postacrosomal WW binding protein (PAWP) satisfies a developmental criteria set for a candidate SOAF. This study shows that recombinant human PAWP protein or its transcript acts upstream of calcium release and fully activates the amphibian and mammalian oocytes. Interference trials provided evidence for the first time that PAWP mediates sperm-induced intracellular calcium release through a PPXY/WWI domain module in Xenopus, mouse and human oocytes. Clinical applications of PAWP were further investigated by prospective study on the sperm samples from patients undergoing intracytoplasmic sperm injection (ICSI). PAWP expression level, analyzed by flow cytometry, was correlated to ICSI success rate and embryonic development. This study also explored the developmental expression of the other SOAF candidate, PLCζ in male reproductive system and its function during fertilization. Our findings showed for the first time that PLCζ most likely binds to the sperm head surface during epididymal passage and is expressed in epididymis. We demonstrated that PLCζ is also compartmentalized early in spermiogenesis and thus could play an important role during spermiogenesis. Detailed analysis of in vitro fertilization revealed that PLCζ disappears from sperm head during acrosome reaction and is not detectable during sperm incorporation into the oocyte cytoplasm. In conclusion, this dissertation provides evidence for the essential non-redundant role of sperm PAWP in amphibian and mammalian fertilization; recommends PAWP as a biomarker for prediction of ICSI outcomes in infertile couples; and proposes that sperm PLCζ may have functions other than inducing oocyte activation during fertilization.

Application-Specific Instruction Set Processor for SoC implementation of Modern Signal Processing Algorithms

A novel application-specific instruction set processor (ASIP) for use in the construction of modern signal processing systems is presented. This is a flexible device that can be used in the construction of array processor systems for the real-time implementation of functions such as singular-value decomposition (SVD) and QR decomposition (QRD), as well as other important matrix computations. It uses a coordinate rotation digital computer (CORDIC) module to perform arithmetic operations and several approaches are adopted to achieve high performance including pipelining of the micro-rotations, the use of parallel instructions and a dual-bus architecture. In addition, a novel method for scale factor correction is presented which only needs to be applied once at the end of the computation. This also reduces computation time and enhances performance. Methods are described which allow this processor to be used in reduced dimension (i.e., folded) array processor structures that allow tradeoffs between hardware and performance. The net result is a flexible matrix computational processing element (PE) whose functionality can be changed under program control for use in a wider range of scenarios than previous work. Details are presented of the results of a design study, which considers the application of this decomposition PE architecture in a combined SVD/QRD system and demonstrates that a combination of high performance and efficient silicon implementation are achievable. © 2005 IEEE.

Multiple Input Governor Control for a Diesel Generating Set

The paper presents a multiple input single output fuzzy logic governor algorithm that can be used to improve the transient response of a diesel generating set, when supplying an islanded load. The proposed governor uses the traditional speed input in addition to voltage and power factor to modify the fuelling requirements during various load disturbances. The use of fuzzy logic control allows the use of PID type structures that can provide variable gain strategies to account for non-linearities in the system. Fuzzy logic also provides a means of processing other input information by linguistic reasoning and a logical control output to aid the governor action during transient disturbance. The test results were obtained using a 50 kVA naturally aspirated diesel generator testing facility. Both real and reactive load tests were conducted. The complex load test results demonstrate that, by using additional inputs to the governor algorithm, enhanced generator transient speed recovery response can be obtained.

Application of factor analysis and geostatistics to identify processes controlling the distribution and bioaccessibility of trace elements in Northern Ireland soils

Geologic and environmental factors acting over varying spatial scales can control
trace element distribution and mobility in soils. In turn, the mobility of an element in soil will affect its oral bioaccessibility. Geostatistics, kriging and principal component analysis (PCA) were used to explore factors and spatial ranges of influence over a suite of 8 element oxides, soil organic carbon (SOC), pH, and the trace elements nickel (Ni), vanadium (V) and zinc (Zn). Bioaccessibility testing was carried out previously using the Unified BARGE Method on a sub-set of 91 soil samples from the Northern Ireland Tellus1 soil archive. Initial spatial mapping of total Ni, V and Zn concentrations shows their distributions are correlated spatially with local geologic formations, and prior correlation analyses showed that statistically significant controls were exerted over trace element bioaccessibility by the 8 oxides, SOC and pH. PCA applied to the geochemistry parameters of the bioaccessibility sample set yielded three principal components accounting for 77% of cumulative variance in the data
set. Geostatistical analysis of oxide, trace element, SOC and pH distributions using 6862 sample locations also identified distinct spatial ranges of influence for these variables, concluded to arise from geologic forming processes, weathering processes, and localised soil chemistry factors. Kriging was used to conduct a spatial PCA of Ni, V and Zn distributions which identified two factors comprising the majority of distribution variance. This was spatially accounted for firstly by basalt rock types, with the second component associated with sandstone and limestone in the region. The results suggest trace element bioaccessibility and distribution is controlled by chemical and geologic processes which occur over variable spatial ranges of influence.

A computational intelligent approach to multi-factor analysis of violent crime information systems

Various scientific studies have explored the causes of violent behaviour from different perspectives, with psychological tests, in particular, applied to the analysis of crime factors. The relationship between bi-factors has also been extensively studied including the link between age and crime. In reality, many factors interact to contribute to criminal behaviour and as such there is a need to have a greater level of insight into its complex nature. In this article we analyse violent crime information systems containing data on psychological, environmental and genetic factors. Our approach combines elements of rough set theory with fuzzy logic and particle swarm optimisation to yield an algorithm and methodology that can effectively extract multi-knowledge from information systems. The experimental results show that our approach outperforms alternative genetic algorithm and dynamic reduct-based techniques for reduct identification and has the added advantage of identifying multiple reducts and hence multi-knowledge (rules). Identified rules are consistent with classical statistical analysis of violent crime data and also reveal new insights into the interaction between several factors. As such, the results are helpful in improving our understanding of the factors contributing to violent crime and in highlighting the existence of hidden and intangible relationships between crime factors.

Evaluation of the human factor in the scheduling of smart appliances in smart grids

Recently there has been an increase of interest in implementing a new set of home appliances, known as Smart Appliances that integrate Information Technologies, the Internet of Things and the ability of communicating with other devices. While Smart Appliances are characterized as an important milestone on the path to the Smart Grid, by being able to automatically schedule their loads according to a tariff or reflecting the power that is generated using renewable sources, there is not a clear understanding on the impact that the behavior of such devices will have in the comfort levels of users, when they shift their working periods to earlier, or later than, a preset time. Given these considerations, in this work we analyse the results of an assessment survey carried out to a group of Home Appliance users regarding their habits when dealing with these machines and the subjective impact in quality caused by either finishing its programs before or after the time limit set by the user. The results of this work are expected to be used as input for the evaluation of load scheduling algorithms running in energy management systems. © 2014 Springer International Publishing.

In vitro functionality of isolated embryonic hypothalamic vasopressinergic and oxytocinergic neurons: modulatory effects of brain-derived neurotrophic factor and angiotensin II.

There are only a few studies on the ontogeny and differentiation process of the hypothalamic supraoptic-paraventriculo-neurohypophysial neurosecretory system. In vitro neuron survival improves if cells are of embryonic origin; however, surviving hypothalamic neurons in culture were found to express small and minimal amounts of arginine-vasopressin (AVP) and oxytocin (OT), respectively. The aim of this study was to develop a primary neuronal culture design applicable to the study of magnocellular hypothalamic system functionality. For this purpose, a primary neuronal culture was set up after mechanical dissociation of sterile hypothalamic blocks from 17-day-old Sprague-Dawley rat embryos (E17) of both sexes. Isolated hypothalamic cells were cultured with supplemented (B27)-NeuroBasal medium containing an agent inhibiting non-neuron cell proliferation. The neurosecretory process was characterized by detecting AVP and OT secreted into the medium on different days of culture. Data indicate that spontaneous AVP and OT release occurred in a culture day-dependent fashion, being maximal on day 13 for AVP, and on day 10 for OT. Interestingly, brain-derived neurotrophic factor (BDNF) and Angiotensin II (A II) were able to positively modulate neuropeptide output. Furthermore, on day 17 of culture, non-specific (high-KCl) and specific (Angiotensin II) stimuli were able to significantly (P < 0.05) enhance the secretion of both neuropeptides over respective baselines. This study suggests that our experimental design is useful for the study of AVP- and OT-ergic neuron functionality and that BDNF and A II are positive modulators of embryonic hypothalamic cell development.

Equal Factor Equivalence in Economies with Multiple Public Goods.

We consider the problem of provisioon and cost-sharing of multiple public goods. the efficient equal factor equivalent allocation rule makes every agent indifferent between what he receives and the opportunity of choosing the bundle of public goods subject to the constraint of paying r times its cost, where r is set as low as possible.

Factor models, VARMA processes and parameter instability with applications in macroeconomics

Avec les avancements de la technologie de l'information, les données temporelles économiques et financières sont de plus en plus disponibles. Par contre, si les techniques standard de l'analyse des séries temporelles sont utilisées, une grande quantité d'information est accompagnée du problème de dimensionnalité. Puisque la majorité des séries d'intérêt sont hautement corrélées, leur dimension peut être réduite en utilisant l'analyse factorielle. Cette technique est de plus en plus populaire en sciences économiques depuis les années 90. Étant donnée la disponibilité des données et des avancements computationnels, plusieurs nouvelles questions se posent. Quels sont les effets et la transmission des chocs structurels dans un environnement riche en données? Est-ce que l'information contenue dans un grand ensemble d'indicateurs économiques peut aider à mieux identifier les chocs de politique monétaire, à l'égard des problèmes rencontrés dans les applications utilisant des modèles standards? Peut-on identifier les chocs financiers et mesurer leurs effets sur l'économie réelle? Peut-on améliorer la méthode factorielle existante et y incorporer une autre technique de réduction de dimension comme l'analyse VARMA? Est-ce que cela produit de meilleures prévisions des grands agrégats macroéconomiques et aide au niveau de l'analyse par fonctions de réponse impulsionnelles? Finalement, est-ce qu'on peut appliquer l'analyse factorielle au niveau des paramètres aléatoires? Par exemple, est-ce qu'il existe seulement un petit nombre de sources de l'instabilité temporelle des coefficients dans les modèles macroéconomiques empiriques? Ma thèse, en utilisant l'analyse factorielle structurelle et la modélisation VARMA, répond à ces questions à travers cinq articles. Les deux premiers chapitres étudient les effets des chocs monétaire et financier dans un environnement riche en données. Le troisième article propose une nouvelle méthode en combinant les modèles à facteurs et VARMA. Cette approche est appliquée dans le quatrième article pour mesurer les effets des chocs de crédit au Canada. La contribution du dernier chapitre est d'imposer la structure à facteurs sur les paramètres variant dans le temps et de montrer qu'il existe un petit nombre de sources de cette instabilité. Le premier article analyse la transmission de la politique monétaire au Canada en utilisant le modèle vectoriel autorégressif augmenté par facteurs (FAVAR). Les études antérieures basées sur les modèles VAR ont trouvé plusieurs anomalies empiriques suite à un choc de la politique monétaire. Nous estimons le modèle FAVAR en utilisant un grand nombre de séries macroéconomiques mensuelles et trimestrielles. Nous trouvons que l'information contenue dans les facteurs est importante pour bien identifier la transmission de la politique monétaire et elle aide à corriger les anomalies empiriques standards. Finalement, le cadre d'analyse FAVAR permet d'obtenir les fonctions de réponse impulsionnelles pour tous les indicateurs dans l'ensemble de données, produisant ainsi l'analyse la plus complète à ce jour des effets de la politique monétaire au Canada. Motivée par la dernière crise économique, la recherche sur le rôle du secteur financier a repris de l'importance. Dans le deuxième article nous examinons les effets et la propagation des chocs de crédit sur l'économie réelle en utilisant un grand ensemble d'indicateurs économiques et financiers dans le cadre d'un modèle à facteurs structurel. Nous trouvons qu'un choc de crédit augmente immédiatement les diffusions de crédit (credit spreads), diminue la valeur des bons de Trésor et cause une récession. Ces chocs ont un effet important sur des mesures d'activité réelle, indices de prix, indicateurs avancés et financiers. Contrairement aux autres études, notre procédure d'identification du choc structurel ne requiert pas de restrictions temporelles entre facteurs financiers et macroéconomiques. De plus, elle donne une interprétation des facteurs sans restreindre l'estimation de ceux-ci. Dans le troisième article nous étudions la relation entre les représentations VARMA et factorielle des processus vectoriels stochastiques, et proposons une nouvelle classe de modèles VARMA augmentés par facteurs (FAVARMA). Notre point de départ est de constater qu'en général les séries multivariées et facteurs associés ne peuvent simultanément suivre un processus VAR d'ordre fini. Nous montrons que le processus dynamique des facteurs, extraits comme combinaison linéaire des variables observées, est en général un VARMA et non pas un VAR comme c'est supposé ailleurs dans la littérature. Deuxièmement, nous montrons que même si les facteurs suivent un VAR d'ordre fini, cela implique une représentation VARMA pour les séries observées. Alors, nous proposons le cadre d'analyse FAVARMA combinant ces deux méthodes de réduction du nombre de paramètres. Le modèle est appliqué dans deux exercices de prévision en utilisant des données américaines et canadiennes de Boivin, Giannoni et Stevanovic (2010, 2009) respectivement. Les résultats montrent que la partie VARMA aide à mieux prévoir les importants agrégats macroéconomiques relativement aux modèles standards. Finalement, nous estimons les effets de choc monétaire en utilisant les données et le schéma d'identification de Bernanke, Boivin et Eliasz (2005). Notre modèle FAVARMA(2,1) avec six facteurs donne les résultats cohérents et précis des effets et de la transmission monétaire aux États-Unis. Contrairement au modèle FAVAR employé dans l'étude ultérieure où 510 coefficients VAR devaient être estimés, nous produisons les résultats semblables avec seulement 84 paramètres du processus dynamique des facteurs. L'objectif du quatrième article est d'identifier et mesurer les effets des chocs de crédit au Canada dans un environnement riche en données et en utilisant le modèle FAVARMA structurel. Dans le cadre théorique de l'accélérateur financier développé par Bernanke, Gertler et Gilchrist (1999), nous approximons la prime de financement extérieur par les credit spreads. D'un côté, nous trouvons qu'une augmentation non-anticipée de la prime de financement extérieur aux États-Unis génère une récession significative et persistante au Canada, accompagnée d'une hausse immédiate des credit spreads et taux d'intérêt canadiens. La composante commune semble capturer les dimensions importantes des fluctuations cycliques de l'économie canadienne. L'analyse par décomposition de la variance révèle que ce choc de crédit a un effet important sur différents secteurs d'activité réelle, indices de prix, indicateurs avancés et credit spreads. De l'autre côté, une hausse inattendue de la prime canadienne de financement extérieur ne cause pas d'effet significatif au Canada. Nous montrons que les effets des chocs de crédit au Canada sont essentiellement causés par les conditions globales, approximées ici par le marché américain. Finalement, étant donnée la procédure d'identification des chocs structurels, nous trouvons des facteurs interprétables économiquement. Le comportement des agents et de l'environnement économiques peut varier à travers le temps (ex. changements de stratégies de la politique monétaire, volatilité de chocs) induisant de l'instabilité des paramètres dans les modèles en forme réduite. Les modèles à paramètres variant dans le temps (TVP) standards supposent traditionnellement les processus stochastiques indépendants pour tous les TVPs. Dans cet article nous montrons que le nombre de sources de variabilité temporelle des coefficients est probablement très petit, et nous produisons la première évidence empirique connue dans les modèles macroéconomiques empiriques. L'approche Factor-TVP, proposée dans Stevanovic (2010), est appliquée dans le cadre d'un modèle VAR standard avec coefficients aléatoires (TVP-VAR). Nous trouvons qu'un seul facteur explique la majorité de la variabilité des coefficients VAR, tandis que les paramètres de la volatilité des chocs varient d'une façon indépendante. Le facteur commun est positivement corrélé avec le taux de chômage. La même analyse est faite avec les données incluant la récente crise financière. La procédure suggère maintenant deux facteurs et le comportement des coefficients présente un changement important depuis 2007. Finalement, la méthode est appliquée à un modèle TVP-FAVAR. Nous trouvons que seulement 5 facteurs dynamiques gouvernent l'instabilité temporelle dans presque 700 coefficients.

Clustering algorithms and shape factor methods to discriminate among small GTPase phenotypes using DIC image analysis.

Naïvement perçu, le processus d’évolution est une succession d’événements de duplication et de mutations graduelles dans le génome qui mènent à des changements dans les fonctions et les interactions du protéome. La famille des hydrolases de guanosine triphosphate (GTPases) similaire à Ras constitue un bon modèle de travail afin de comprendre ce phénomène fondamental, car cette famille de protéines contient un nombre limité d’éléments qui diffèrent en fonctionnalité et en interactions. Globalement, nous désirons comprendre comment les mutations singulières au niveau des GTPases affectent la morphologie des cellules ainsi que leur degré d’impact sur les populations asynchrones. Mon travail de maîtrise vise à classifier de manière significative différents phénotypes de la levure Saccaromyces cerevisiae via l’analyse de plusieurs critères morphologiques de souches exprimant des GTPases mutées et natives. Notre approche à base de microscopie et d’analyses bioinformatique des images DIC (microscopie d’interférence différentielle de contraste) permet de distinguer les phénotypes propres aux cellules natives et aux mutants. L’emploi de cette méthode a permis une détection automatisée et une caractérisation des phénotypes mutants associés à la sur-expression de GTPases constitutivement actives. Les mutants de GTPases constitutivement actifs Cdc42 Q61L, Rho5 Q91H, Ras1 Q68L et Rsr1 G12V ont été analysés avec succès. En effet, l’implémentation de différents algorithmes de partitionnement, permet d’analyser des données qui combinent les mesures morphologiques de population native et mutantes. Nos résultats démontrent que l’algorithme Fuzzy C-Means performe un partitionnement efficace des cellules natives ou mutantes, où les différents types de cellules sont classifiés en fonction de plusieurs facteurs de formes cellulaires obtenus à partir des images DIC. Cette analyse démontre que les mutations Cdc42 Q61L, Rho5 Q91H, Ras1 Q68L et Rsr1 G12V induisent respectivement des phénotypes amorphe, allongé, rond et large qui sont représentés par des vecteurs de facteurs de forme distincts. Ces distinctions sont observées avec différentes proportions (morphologie mutante / morphologie native) dans les populations de mutants. Le développement de nouvelles méthodes automatisées d’analyse morphologique des cellules natives et mutantes s’avère extrêmement utile pour l’étude de la famille des GTPases ainsi que des résidus spécifiques qui dictent leurs fonctions et réseau d’interaction. Nous pouvons maintenant envisager de produire des mutants de GTPases qui inversent leur fonction en ciblant des résidus divergents. La substitution fonctionnelle est ensuite détectée au niveau morphologique grâce à notre nouvelle stratégie quantitative. Ce type d’analyse peut également être transposé à d’autres familles de protéines et contribuer de manière significative au domaine de la biologie évolutive.

Estudio de la interacción docente-estudiante como factor de apropiación de conocimientos en educación de primera infancia colombiana

La interacción docente-estudiante es un elemento primordial en el proceso de formación de los niños de primera infancia. Los cambios del rol docente en dicho proceso de formación están ligado al tipo de modelo pedagógico que lo defina, por esto desde un análisis tradicional este cumple un papel más de emisor de información, caso contrario al establecido en el modelo constructivista, en el que el docente es quien provee los medios y la metodologías para la construcción del conocimiento. Con el fin de analizar la interacción entre estos dos actores, se parte definiendo el término de primera infancia para posteriormente abordar los tipos de modelos pedagógicos existentes y los cambios de los mismos en la educación colombiana, haciendo énfasis en el constructivismo en primera infancia. De igual forma se estudia la apropiación de las teorías constructivistas por parte de los docentes de primera infancia, teniendo en cuenta que estos son uno de los actores principales que hacen parte del proceso de formación, a partir de lo cual finalmente se estudia la interacción docente-estudiante de primera infancia para la apropiación del conocimiento.

Georgia y Rusia: la identidad como factor delimitador de los intereses y políticas de ambos estados con sus efectos en la Guerra de Osetia del Sur en 2008

Esta monografía se centra en evaluar mediante un enfoque constructivista, y a partir de una serie de hechos históricos, cómo la identidad construida por Rusia y Georgia fue el detonante de la Guerra de Osetia del Sur en 2008. Para tal objetivo, se partirá del supuesto que este conflicto fue el resultado de las diferencias entre ambos actores que desarrollaron una serie de políticas antagónicas, enmarcadas en una cultura de anarquía hobbesiana la cual se configuró tras la Revolución de las Rosas y la posterior llegada de Mijaíl Saakashvili al poder, puesto que Georgia se convertiría en el principal aliado de occidente en el Cáucaso, basado en un rol anti ruso y disidente de la influencia del Kremlin en la zona, divergiendo con el liderazgo de Rusia el cual se fundamenta en una identidad construida a raíz de su pasado imperial y hegemónico.

The factor structure of the Edinburgh postnatal depression scale in a South African peri-urban settlement

The factor structure of the Edinburgh Postnatal Depression scale (EPDS) and similar instruments have received little attention in the literature. The researchers set out to investigate the construct validity and reliability of the EPDS amongst impoverished South African women. The EPDS was translated into isiXhosa (using Brislin's back translation method) and administered by trained interviewers to 147 women in Khayelitsha, South Africa. Responses were subjected to maximum likelihood confirmatory factor analysis. A single factor structure was found, consistent with the theory on which the EPDS was based. Internal consistency was satisfactory (a = 0.89).

Continuous sky view factor maps from high resolution urban digital elevation models

This paper presents a new method to calculate sky view factors (SVFs) from high resolution urban digital elevation models using a shadow casting algorithm. By utilizing weighted annuli to derive SVF from hemispherical images, the distance light source positions can be predefined and uniformly spread over the whole hemisphere, whereas another method applies a random set of light source positions with a cosine-weighted distribution of sun altitude angles. The 2 methods have similar results based on a large number of SVF images. However, when comparing variations at pixel level between an image generated using the new method presented in this paper with the image from the random method, anisotropic patterns occur. The absolute mean difference between the 2 methods is 0.002 ranging up to 0.040. The maximum difference can be as much as 0.122. Since SVF is a geometrically derived parameter, the anisotropic errors created by the random method must be considered as significant.