Prospective sampling based on model ensembles improves the detection of rare species

Identifying the geographic distribution of populations is a basic, yet crucial step in many fundamental and applied ecological projects, as it provides key information on which many subsequent analyses depend. However, this task is often costly and time consuming, especially where rare species are concerned and where most sampling designs generally prove inefficient. At the same time, rare species are those for which distribution data are most needed for their conservation to be effective. To enhance fieldwork sampling, model-based sampling (MBS) uses predictions from species distribution models: when looking for the species in areas of high habitat suitability, chances should be higher to find them. We thoroughly tested the efficiency of MBS by conducting an important survey in the Swiss Alps, assessing the detection rate of three rare and five common plant species. For each species, habitat suitability maps were produced following an ensemble modeling framework combining two spatial resolutions and two modeling techniques. We tested the efficiency of MBS and the accuracy of our models by sampling 240 sites in the field (30 sitesx8 species). Across all species, the MBS approach proved to be effective. In particular, the MBS design strictly led to the discovery of six sites of presence of one rare plant, increasing chances to find this species from 0 to 50%. For common species, MBS doubled the new population discovery rates as compared to random sampling. Habitat suitability maps coming from the combination of four individual modeling methods predicted well the species' distribution and more accurately than the individual models. As a conclusion, using MBS for fieldwork could efficiently help in increasing our knowledge of rare species distribution. More generally, we recommend using habitat suitability models to support conservation plans.

What matters for predicting spatial distributions of trees: techniques, data, or species' characteristics?

Data characteristics and species traits are expected to influence the accuracy with which species' distributions can be modeled and predicted. We compare 10 modeling techniques in terms of predictive power and sensitivity to location error, change in map resolution, and sample size, and assess whether some species traits can explain variation in model performance. We focused on 30 native tree species in Switzerland and used presence-only data to model current distribution, which we evaluated against independent presence-absence data. While there are important differences between the predictive performance of modeling methods, the variance in model performance is greater among species than among techniques. Within the range of data perturbations in this study, some extrinsic parameters of data affect model performance more than others: location error and sample size reduced performance of many techniques, whereas grain had little effect on most techniques. No technique can rescue species that are difficult to predict. The predictive power of species-distribution models can partly be predicted from a series of species characteristics and traits based on growth rate, elevational distribution range, and maximum elevation. Slow-growing species or species with narrow and specialized niches tend to be better modeled. The Swiss presence-only tree data produce models that are reliable enough to be useful in planning and management applications.

Characterization of Fas (Apo-1, CD95)-Fas ligand interaction.

The death-inducing receptor Fas is activated when cross-linked by the type II membrane protein Fas ligand (FasL). When human soluble FasL (sFasL, containing the extracellular portion) was expressed in human embryo kidney 293 cells, the three N-linked glycans of each FasL monomer were found to be essential for efficient secretion. Based on the structure of the closely related lymphotoxin alpha-tumor necrosis factor receptor I complex, a molecular model of the FasL homotrimer bound to three Fas molecules was generated using knowledge-based protein modeling methods. Point mutations of amino acid residues predicted to affect the receptor-ligand interaction were introduced at three sites. The F275L mutant, mimicking the loss of function murine gld mutation, exhibited a high propensity for aggregation and was unable to bind to Fas. Mutants P206R, P206D, and P206F displayed reduced cytotoxicity toward Fas-positive cells with a concomitant decrease in the binding affinity for the recombinant Fas-immunoglobulin Fc fusion proteins. Although the cytotoxic activity of mutant Y218D was unaltered, mutant Y218R was inactive, correlating with the prediction that Tyr-218 of FasL interacts with a cluster of three basic amino acid side chains of Fas. Interestingly, mutant Y218F could induce apoptosis in murine, but not human cells.

Population pharmacokinetic study to evaluate dosing strategies of imipenem in neonates and infants

Objective: Imipenem is a broad spectrum antibiotic used to treat severe infections in critically ill patients. Imipenem pharmacokinetics (PK) was evaluated in a cohort of neonates treated in the Neonatal Intensive Care Unit of the Lausanne University Hospital. The objective of our study was to identify key demographic and clinical factors influencing imipenem exposure in this population. Method: PK data from neonates and infants with at least one imipenem concentration measured between 2002 and 2013 were analyzed applying population PK modeling methods. Measurement of plasma concentrations were performed upon the decision of the physician within the frame of a therapeutic drug monitoring (TDM) programme. Effects of demographic (sex, body weight, gestational age, postnatal age) and clinical factors (serum creatinine as a measure of kidney function; co-administration of furosemide, spironolactone, hydrochlorothiazide, vancomycin, metronidazole and erythromycin) on imipenem PK were explored. Model-based simulations were performed (with a median creatinine value of 46 μmol/l) to compare various dosing regimens with respect to their ability to maintain drug levels above predefined minimum inhibitory concentrations (MIC) for at least 40 % of the dosing interval. Results: A total of 144 plasma samples was collected in 68 neonates and infants, predominantly preterm newborns, with median gestational age of 27 weeks (24 - 41 weeks) and postnatal age of 21 days (2 - 153 days). A two-compartment model best characterized imipenem disposition. Actual body weight exhibited the greatest impact on PK parameters, followed by age (gestational age and postnatal age) and serum creatinine on clearance. They explain 19%, 9%, 14% and 9% of the interindividual variability in clearance respectively. Model-based simulations suggested that 15 mg/kg every 12 hours maintain drug concentrations over a MIC of 2 mg/l for at least 40% of the dosing interval during the first days of life, whereas neonates older than 14 days of life required a dose of 20 mg/kg every 12 hours. Conclusion: Dosing strategies based on body weight and post-natal age are recommended for imipenem in all critically ill neonates and infants. Most current guidelines seem adequate for newborns and TDM should be restricted to some particular clinical situations.

Hierarchical linear models in Psychiatry: A bibliometric study

Development of research methods requires a systematic review of their status. This study focuses on the use of Hierarchical Linear Modeling methods in psychiatric research. Evaluation includes 207 documents published until 2007, included and indexed in the ISI Web of Knowledge databases; analyses focuses on the 194 articles in the sample. Bibliometric methods are used to describe the publications patterns. Results indicate a growing interest in applying the models and an establishment of methods after 2000. Both Lotka"s and Bradford"s distributions are adjusted to the data.

Modelagem de proteínas por homologia

Modeling methods to derive 3D-structure of proteins have been recently developed. Protein homology-modeling, also known as comparative protein modeling, is nowadays the most accurate protein modeling method. This technique can produce useful models for about an order of magnitude more protein sequences than there have been structures determined by experiment in the same amount of time. All current protein homology-modeling methods consist of four sequential steps: fold assignment and template selection, template-target alignment, model building, and model evaluation. In this paper we discuss in some detail the protein-homology paradigm, its predictive power and its limitations.

Suljetun jäähdytysvesiverkon mallinnus

Työssä selvitettiin Neste Oil Porvoon jalostamon tuotantolinja 2 jäähdytysvesiverkon tilaa. Jäähdytysvesiverkon hydraulinen malli päivitettiin ja verifioitiin painemittauksin. Mallia tarkennettiin säätöventtiilien mallinnuksen sekä virhelähteiden tarkastelun perusteella havaituin muutoksin. Mallin verifioinnissa havaittiin huomattavia eroja mallin ja mitattujen paineiden välillä. Tämä johti mallin tarkempaan tarkasteluun, sekä virhelähteiden ja niiden vaikutusten selvittämiseen. Putkivarusteiden mallinnusmenetelmiä, sekä mallinnusperiaatteita vertailtiin keskenään. Koska jäähdytysveden kokonaiskierto oli riittämätön, tarkasteltiin kolmea vaihtoehtoa riittävän kiertovesimäärän aikaansaamiseksi. Nykyisten kiertovesipumppujen rinnanoperointi, sekä riittävän suureksi skaalatun pumpun käyttö simuloitiin. Kolmantena tapauksena arvioitiin lämmönvaihdinkohtaisen kuristussuunnitelman vaikutus putkiston painehäviöön, sekä putkistolle sopiva kiertovesipumppu. Vaihtoehdoille laskettiin suuntaa-antavat investointi- ja käyttökustannukset. Tarkastelun perusteella riittävän suureksi skaalattu pumppu todettiin kannattavimmaksi pienen hintaeron, sekä luotettavamman jäähdytysvesikierron käyttövarmuuden vuoksi. Työssä onnistuttiin tuottamaan yleispätevää tietoa suljetun jäähdytysvesiverkon hydrauliseen mallinnukseen vaikuttavista tekijöistä, sekä niiden vaikutuksesta mallin tarkkuuteen. Selvityksen perusteella tarkasteltua mallia saatiin tarkemmaksi.

Effects of global climate changes on geographical distribution patterns of economically important plant species in cerrado

Different climate models, modeling methods and carbon emission scenarios were used in this paper to evaluate the effects of future climate changes on geographical distribution of species of economic and cultural importance across the Cerrado biome. As the results of several studies have shown, there are still many uncertainties associated with these projections, although bioclimatic models are still widely used and effective method to evaluate the consequences for biodiversity of these climate changes. In this article, it was found that 90% of these uncertainties are related to methods of modeling, although, regardless of the uncertainties, the results revealed that the studied species will reduce about 78% of their geographic distribution in Cerrado. For an effective work on the conservation of these species, many studies still need to be carried out, although it is already possible to observe that climate change will have a strong influence on the pattern of distribution of these species.

A Soft Contact Collision Method For Real-Time Simulation of Triangularized Geometries in Multibody Dynamics

When modeling machines in their natural working environment collisions become a very important feature in terms of simulation accuracy. By expanding the simulation to include the operation environment, the need for a general collision model that is able to handle a wide variety of cases has become central in the development of simulation environments. With the addition of the operating environment the challenges for the collision modeling method also change. More simultaneous contacts with more objects occur in more complicated situations. This means that the real-time requirement becomes more difficult to meet. Common problems in current collision modeling methods include for example dependency on the geometry shape or mesh density, calculation need increasing exponentially in respect to the number of contacts, the lack of a proper friction model and failures due to certain configurations like closed kinematic loops. All these problems mean that the current modeling methods will fail in certain situations. A method that would not fail in any situation is not very realistic but improvements can be made over the current methods.

Mechanical design and analysis of modular active magnetic bearing test rig

Tässä työssä on tutkittu modulaarisen aktiivimagneettilaakeroidun koelaitteen mekaanista suunnittelua ja analysointia. Suurnopeusroottorin suunnittelun teoria on esitelty. Lisäksi monia analyyttisiä mallinnusmenetelmiä mekaanisten kuormitusten mallintamiseksi on esitelty. Koska kyseessä on suurnopeussähkökone, roottoridynamiikka ja sen soveltuvuus suunnittelussa on esitelty. Magneettilaakerien rakenteeseen ja toimintaan on tutustuttu osana tätä työtä. Kirjallisuuskatsaus nykyisistä koelaitteista esimerkiksi komponenttien ominaisuuksien tunnistamiseen ja roottoridynamiikan tutkimuksiin on esitelty. Työn rajauksena on konseptisuunnittelu muunneltavalle magneettilaakeroidulle (AMB) koelaitteelle ja suunnitteluprosessin dokumentointi. Muunneltavuuteen päädyttiin, koska se mahdollistaa erilaisten komponenttiasetteluiden testaamisen erilaisille magneettilaakerikokoonpanoille ja roottoreille. Pääpaino tässä työssä on suurnopeus induktiokoneen roottorin suunnittelussa ja mallintamisessa. Modulaaristen toimilaitteiden kuten magneettilaakerien ja induktiosähkömoottorin rakenne on esitelty ja modulaarisen rakenteen käytettävyyden hyödyistä koelaitekäytössä on dokumentoitu. Analyyttisiä ja elementtimenetelmään perustuvia tutkimusmenetelmiä on käytetty tutkittaessa suunniteltua suurnopeusroottoria. Suunnittelun ja analysoinnin tulokset on esitelty ja verrattu keskenään eri mallinnusmenetelmien välillä. Lisäksi johtopäätökset sähkömagneettisten osien liittämisen monimutkaisuudesta ja vaatimuksista roottoriin ja toimilaitteisiin sekä mekaanisten että sähkömagneettisten ominaisuuksien optimoimiseksi on dokumentoitu.

Quantification de la relation séquence-activité de l’ARN par prédiction de structure tridimensionnelle

Dans un premier temps, nous avons modélisé la structure d’une famille d’ARN avec une grammaire de graphes afin d’identifier les séquences qui en font partie. Plusieurs autres méthodes de modélisation ont été développées, telles que des grammaires stochastiques hors-contexte, des modèles de covariance, des profils de structures secondaires et des réseaux de contraintes. Ces méthodes de modélisation se basent sur la structure secondaire classique comparativement à nos grammaires de graphes qui se basent sur les motifs cycliques de nucléotides. Pour exemplifier notre modèle, nous avons utilisé la boucle E du ribosome qui contient le motif Sarcin-Ricin qui a été largement étudié depuis sa découverte par cristallographie aux rayons X au début des années 90. Nous avons construit une grammaire de graphes pour la structure du motif Sarcin-Ricin et avons dérivé toutes les séquences qui peuvent s’y replier. La pertinence biologique de ces séquences a été confirmée par une comparaison des séquences d’un alignement de plus de 800 séquences ribosomiques bactériennes. Cette comparaison a soulevée des alignements alternatifs pour quelques unes des séquences que nous avons supportés par des prédictions de structures secondaires et tertiaires. Les motifs cycliques de nucléotides ont été observés par les membres de notre laboratoire dans l'ARN dont la structure tertiaire a été résolue expérimentalement. Une étude des séquences et des structures tertiaires de chaque cycle composant la structure du Sarcin-Ricin a révélé que l'espace des séquences dépend grandement des interactions entre tous les nucléotides à proximité dans l’espace tridimensionnel, c’est-à-dire pas uniquement entre deux paires de bases adjacentes. Le nombre de séquences générées par la grammaire de graphes est plus petit que ceux des méthodes basées sur la structure secondaire classique. Cela suggère l’importance du contexte pour la relation entre la séquence et la structure, d’où l’utilisation d’une grammaire de graphes contextuelle plus expressive que les grammaires hors-contexte. Les grammaires de graphes que nous avons développées ne tiennent compte que de la structure tertiaire et négligent les interactions de groupes chimiques spécifiques avec des éléments extra-moléculaires, comme d’autres macromolécules ou ligands. Dans un deuxième temps et pour tenir compte de ces interactions, nous avons développé un modèle qui tient compte de la position des groupes chimiques à la surface des structures tertiaires. L’hypothèse étant que les groupes chimiques à des positions conservées dans des séquences prédéterminées actives, qui sont déplacés dans des séquences inactives pour une fonction précise, ont de plus grandes chances d’être impliqués dans des interactions avec des facteurs. En poursuivant avec l’exemple de la boucle E, nous avons cherché les groupes de cette boucle qui pourraient être impliqués dans des interactions avec des facteurs d'élongation. Une fois les groupes identifiés, on peut prédire par modélisation tridimensionnelle les séquences qui positionnent correctement ces groupes dans leurs structures tertiaires. Il existe quelques modèles pour adresser ce problème, telles que des descripteurs de molécules, des matrices d’adjacences de nucléotides et ceux basé sur la thermodynamique. Cependant, tous ces modèles utilisent une représentation trop simplifiée de la structure d’ARN, ce qui limite leur applicabilité. Nous avons appliqué notre modèle sur les structures tertiaires d’un ensemble de variants d’une séquence d’une instance du Sarcin-Ricin d’un ribosome bactérien. L’équipe de Wool à l’université de Chicago a déjà étudié cette instance expérimentalement en testant la viabilité de 12 variants. Ils ont déterminé 4 variants viables et 8 létaux. Nous avons utilisé cet ensemble de 12 séquences pour l’entraînement de notre modèle et nous avons déterminé un ensemble de propriétés essentielles à leur fonction biologique. Pour chaque variant de l’ensemble d’entraînement nous avons construit des modèles de structures tertiaires. Nous avons ensuite mesuré les charges partielles des atomes exposés sur la surface et encodé cette information dans des vecteurs. Nous avons utilisé l’analyse des composantes principales pour transformer les vecteurs en un ensemble de variables non corrélées, qu’on appelle les composantes principales. En utilisant la distance Euclidienne pondérée et l’algorithme du plus proche voisin, nous avons appliqué la technique du « Leave-One-Out Cross-Validation » pour choisir les meilleurs paramètres pour prédire l’activité d’une nouvelle séquence en la faisant correspondre à ces composantes principales. Finalement, nous avons confirmé le pouvoir prédictif du modèle à l’aide d’un nouvel ensemble de 8 variants dont la viabilité à été vérifiée expérimentalement dans notre laboratoire. En conclusion, les grammaires de graphes permettent de modéliser la relation entre la séquence et la structure d’un élément structural d’ARN, comme la boucle E contenant le motif Sarcin-Ricin du ribosome. Les applications vont de la correction à l’aide à l'alignement de séquences jusqu’au design de séquences ayant une structure prédéterminée. Nous avons également développé un modèle pour tenir compte des interactions spécifiques liées à une fonction biologique donnée, soit avec des facteurs environnants. Notre modèle est basé sur la conservation de l'exposition des groupes chimiques qui sont impliqués dans ces interactions. Ce modèle nous a permis de prédire l’activité biologique d’un ensemble de variants de la boucle E du ribosome qui se lie à des facteurs d'élongation.

Verfahren zur echtzeitfähigen Simulation dynamischer Emissionsverläufe ausgewählter Schadstoffe von Ottomotoren

Im Rahmen dieser Arbeit werden Modellbildungsverfahren zur echtzeitfähigen Simulation wichtiger Schadstoffkomponenten im Abgasstrom von Verbrennungsmotoren vorgestellt. Es wird ein ganzheitlicher Entwicklungsablauf dargestellt, dessen einzelne Schritte, beginnend bei der Ver-suchsplanung über die Erstellung einer geeigneten Modellstruktur bis hin zur Modellvalidierung, detailliert beschrieben werden. Diese Methoden werden zur Nachbildung der dynamischen Emissi-onsverläufe relevanter Schadstoffe des Ottomotors angewendet. Die abgeleiteten Emissionsmodelle dienen zusammen mit einer Gesamtmotorsimulation zur Optimierung von Betriebstrategien in Hybridfahrzeugen. Im ersten Abschnitt der Arbeit wird eine systematische Vorgehensweise zur Planung und Erstellung von komplexen, dynamischen und echtzeitfähigen Modellstrukturen aufgezeigt. Es beginnt mit einer physikalisch motivierten Strukturierung, die eine geeignete Unterteilung eines Prozessmodells in einzelne überschaubare Elemente vorsieht. Diese Teilmodelle werden dann, jeweils ausgehend von einem möglichst einfachen nominalen Modellkern, schrittweise erweitert und ermöglichen zum Abschluss eine robuste Nachbildung auch komplexen, dynamischen Verhaltens bei hinreichender Genauigkeit. Da einige Teilmodelle als neuronale Netze realisiert werden, wurde eigens ein Verfah-ren zur sogenannten diskreten evidenten Interpolation (DEI) entwickelt, das beim Training einge-setzt, und bei minimaler Messdatenanzahl ein plausibles, also evidentes Verhalten experimenteller Modelle sicherstellen kann. Zum Abgleich der einzelnen Teilmodelle wurden statistische Versuchs-pläne erstellt, die sowohl mit klassischen DoE-Methoden als auch mittels einer iterativen Versuchs-planung (iDoE ) generiert wurden. Im zweiten Teil der Arbeit werden, nach Ermittlung der wichtigsten Einflussparameter, die Model-strukturen zur Nachbildung dynamischer Emissionsverläufe ausgewählter Abgaskomponenten vor-gestellt, wie unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC), Stickstoffmonoxid (NO) sowie Kohlenmono-xid (CO). Die vorgestellten Simulationsmodelle bilden die Schadstoffkonzentrationen eines Ver-brennungsmotors im Kaltstart sowie in der anschließenden Warmlaufphase in Echtzeit nach. Im Vergleich zur obligatorischen Nachbildung des stationären Verhaltens wird hier auch das dynami-sche Verhalten des Verbrennungsmotors in transienten Betriebsphasen ausreichend korrekt darge-stellt. Eine konsequente Anwendung der im ersten Teil der Arbeit vorgestellten Methodik erlaubt, trotz einer Vielzahl von Prozesseinflussgrößen, auch hier eine hohe Simulationsqualität und Ro-bustheit. Die Modelle der Schadstoffemissionen, eingebettet in das dynamische Gesamtmodell eines Ver-brennungsmotors, werden zur Ableitung einer optimalen Betriebsstrategie im Hybridfahrzeug ein-gesetzt. Zur Lösung solcher Optimierungsaufgaben bieten sich modellbasierte Verfahren in beson-derer Weise an, wobei insbesondere unter Verwendung dynamischer als auch kaltstartfähiger Mo-delle und der damit verbundenen Realitätsnähe eine hohe Ausgabequalität erreicht werden kann.

Estado situacional de los modelos basados en agentes y su impacto en la investigación organizacional

En un mundo hiperconectado, dinámico y cargado de incertidumbre como el actual, los métodos y modelos analíticos convencionales están mostrando sus limitaciones. Las organizaciones requieren, por tanto, herramientas útiles que empleen tecnología de información y modelos de simulación computacional como mecanismos para la toma de decisiones y la resolución de problemas. Una de las más recientes, potentes y prometedoras es el modelamiento y la simulación basados en agentes (MSBA). Muchas organizaciones, incluidas empresas consultoras, emplean esta técnica para comprender fenómenos, hacer evaluación de estrategias y resolver problemas de diversa índole. Pese a ello, no existe (hasta donde conocemos) un estado situacional acerca del MSBA y su aplicación a la investigación organizacional. Cabe anotar, además, que por su novedad no es un tema suficientemente difundido y trabajado en Latinoamérica. En consecuencia, este proyecto pretende elaborar un estado situacional sobre el MSBA y su impacto sobre la investigación organizacional.

Estado situacional de los algoritmos genéticos en los negocios internacionales

La computación evolutiva y muy especialmente los algoritmos genéticos son cada vez más empleados en las organizaciones para resolver sus problemas de gestión y toma de decisiones (Apoteker & Barthelemy, 2000). La literatura al respecto es creciente y algunos estados del arte han sido publicados. A pesar de esto, no hay un trabajo explícito que evalúe de forma sistemática el uso de los algoritmos genéticos en problemas específicos de los negocios internacionales (ejemplos de ello son la logística internacional, el comercio internacional, el mercadeo internacional, las finanzas internacionales o estrategia internacional). El propósito de este trabajo de grado es, por lo tanto, realizar un estado situacional de las aplicaciones de los algoritmos genéticos en los negocios internacionales.

On the question of proportionality of the count of observed Scrapie cases and the size of holding

Background: The present paper investigates the question of a suitable basic model for the number of scrapie cases in a holding and applications of this knowledge to the estimation of scrapie-ffected holding population sizes and adequacy of control measures within holding. Is the number of scrapie cases proportional to the size of the holding in which case it should be incorporated into the parameter of the error distribution for the scrapie counts? Or, is there a different - potentially more complex - relationship between case count and holding size in which case the information about the size of the holding should be better incorporated as a covariate in the modeling? Methods: We show that this question can be appropriately addressed via a simple zero-truncated Poisson model in which the hypothesis of proportionality enters as a special offset-model. Model comparisons can be achieved by means of likelihood ratio testing. The procedure is illustrated by means of surveillance data on classical scrapie in Great Britain. Furthermore, the model with the best fit is used to estimate the size of the scrapie-affected holding population in Great Britain by means of two capture-recapture estimators: the Poisson estimator and the generalized Zelterman estimator. Results: No evidence could be found for the hypothesis of proportionality. In fact, there is some evidence that this relationship follows a curved line which increases for small holdings up to a maximum after which it declines again. Furthermore, it is pointed out how crucial the correct model choice is when applied to capture-recapture estimation on the basis of zero-truncated Poisson models as well as on the basis of the generalized Zelterman estimator. Estimators based on the proportionality model return very different and unreasonable estimates for the population sizes. Conclusion: Our results stress the importance of an adequate modelling approach to the association between holding size and the number of cases of classical scrapie within holding. Reporting artefacts and speculative biological effects are hypothesized as the underlying causes of the observed curved relationship. The lack of adjustment for these artefacts might well render ineffective the current strategies for the control of the disease.