Desenvolupament d'algorismes biològicament inspirats basats en Support Vector Machines

L'objectiu d'aquest projecte ha estat el desenvolupament d'algorismes biològicament inspirats per a l'olfacció artificial. Per a assolir-lo ens hem basat en el paradigma de les màquines amb suport vectorial. Hem construit algoritmes que imitaven els processos computacionals dels diferents sistemes que formen el sistema olfactiu dels insectes, especialment de la llagosta Schistocerca gregaria. Ens hem centrat en el lòbuls de les antenes, i en el cos fungiforme. El primer està considerat un dispositiu de codificació de les olors, que a partir de la resposta temporal dels receptors olfactius a les antenes genera un patró d'activació espaial i temporal. Quant al cos fungiforme es considera que la seva funció és la d'una memòria per als olors, així com un centre per a la integració multi-sensorial. El primer pas ha estat la construcció de models detallats dels dos sistemes. A continuació, hem utilitzat aquests models per a processar diferents tipus de senyals amb l'objectiu de abstraure els principis computacionals subjacents. Finalment, hem avaluat les capacitats d'aquests models abstractes, i els hem utilitzat per al processat de dades provinents de sensors de gasos. Els resultats mostren que el models abstractes tenen millor comportament front el soroll i més capacitat d'emmagatzematge de records que altres models més clàssics, com ara les memòries associatives de Hopfield o fins i tot en determinades circumstàncies que les mateixes Support Vector Machines.

Paper de l’ Haemophilus influenzae en les exacerbacions de la Malaltia Pulmonar Obstructiva Crònica (MPOC): tipificació molecular i factors de virulència

Objetivos: 1.-Identificar los factores clínicos y microbiológicos que ayuden a predecir la aparición de exacerbaciones en la EPOC. 2.-Diagnóstico y cuantificación de las especies bacterianas aisladas en esputo (fase de exacerbación y estable) .3.- Tipificación genotípica secuencial de las cepas de H. influenzae y P. aeruginosa. 4.- Impacto del tratamiento antibiótico en la aparición de resistencias en estos patógenos. 5.- Diseño: Estudio prospectivo (3 años). Ámbito del estudio: Hospital Universitario de tercer nivel. Pacientes con EPOC grave atendidos en la Consulta Monográfica de EPOC del Servicio de Neumología. Métodos microbiológicos: Cuantificación de la carga bacteriana en muestras respiratorias en fase estable y en exacerbación. Estudio de la sensibilidad “in vitro”. Tipificación molecular (PFGE y MLST) de H. influenzae y P. aeruginosa. Estudio de los genes de virulencia de H. influenzae mediante PCR. Resultados: Desde Febrero de 2010 a Julio de 2011 se han incluido 77 pacientes. Los microorganismos más frecuentemente aislados en fase de exacerbación fueron: P. aeruginosa (29.3%), H. influenzae (15.92%), M. catarrhalis (12.74%), S. pneumoniae (10.19%) y S. aureus (5.10%). En los 88 episodios por P. aeruginosa se detectaron 38 genotipos diferentes. En los 41 episodios por H. influenzae se detectaron 39 genotipos diferentes. El 10% de los episodios fueron polimicrobianos. Los episodios de EAEPOC y de fase estable tuvieron una distribución de microorganismos similar. Sin embargo, cuando se cuantificaron las cargas bacterianas fueron mayores en EAEPOC (intervalo 4x107 -2x108) que en fase estable (intervalo 2x105 -4x107). Conclusiones: El genotipo de las cepas de P. aeruginosa y H. influenzae aisladas en EAEPOC difieren de un paciente a otro, sin embargo la mayoría de los episodios de cada paciente están causados por un genotipo único.

Statistical discrimination of steroid profiles in doping control with support vector machines.

Due to their performance enhancing properties, use of anabolic steroids (e.g. testosterone, nandrolone, etc.) is banned in elite sports. Therefore, doping control laboratories accredited by the World Anti-Doping Agency (WADA) screen among others for these prohibited substances in urine. It is particularly challenging to detect misuse with naturally occurring anabolic steroids such as testosterone (T), which is a popular ergogenic agent in sports and society. To screen for misuse with these compounds, drug testing laboratories monitor the urinary concentrations of endogenous steroid metabolites and their ratios, which constitute the steroid profile and compare them with reference ranges to detect unnaturally high values. However, the interpretation of the steroid profile is difficult due to large inter-individual variances, various confounding factors and different endogenous steroids marketed that influence the steroid profile in various ways. A support vector machine (SVM) algorithm was developed to statistically evaluate urinary steroid profiles composed of an extended range of steroid profile metabolites. This model makes the interpretation of the analytical data in the quest for deviating steroid profiles feasible and shows its versatility towards different kinds of misused endogenous steroids. The SVM model outperforms the current biomarkers with respect to detection sensitivity and accuracy, particularly when it is coupled to individual data as stored in the Athlete Biological Passport.

Consensus paper: the role of the cerebellum in perceptual processes.

Various lines of evidence accumulated over the past 30 years indicate that the cerebellum, long recognized as essential for motor control, also has considerable influence on perceptual processes. In this paper, we bring together experts from psychology and neuroscience, with the aim of providing a succinct but comprehensive overview of key findings related to the involvement of the cerebellum in sensory perception. The contributions cover such topics as anatomical and functional connectivity, evolutionary and comparative perspectives, visual and auditory processing, biological motion perception, nociception, self-motion, timing, predictive processing, and perceptual sequencing. While no single explanation has yet emerged concerning the role of the cerebellum in perceptual processes, this consensus paper summarizes the impressive empirical evidence on this problem and highlights diversities as well as commonalities between existing hypotheses. In addition to work with healthy individuals and patients with cerebellar disorders, it is also apparent that several neurological conditions in which perceptual disturbances occur, including autism and schizophrenia, are associated with cerebellar pathology. A better understanding of the involvement of the cerebellum in perceptual processes will thus likely be important for identifying and treating perceptual deficits that may at present go unnoticed and untreated. This paper provides a useful framework for further debate and empirical investigations into the influence of the cerebellum on sensory perception.

Decision fusion for the classification of hyperspectral data: Outcome of the 2008 GRS-S data fusion contest

The 2008 Data Fusion Contest organized by the IEEE Geoscience and Remote Sensing Data Fusion Technical Committee deals with the classification of high-resolution hyperspectral data from an urban area. Unlike in the previous issues of the contest, the goal was not only to identify the best algorithm but also to provide a collaborative effort: The decision fusion of the best individual algorithms was aiming at further improving the classification performances, and the best algorithms were ranked according to their relative contribution to the decision fusion. This paper presents the five awarded algorithms and the conclusions of the contest, stressing the importance of decision fusion, dimension reduction, and supervised classification methods, such as neural networks and support vector machines.

Social Dynamics in Paper Wasps: The case of nest-drifting in Polistes canadensis

Le passage de la vie solitaire à la vie sociale représente une des principales transitions évolutives. La socialité a évolué au sein de plusieurs taxons du règne animal et notamment chez les insectes sociaux qui ont atteint son niveau le plus élevé : l'eusocialité. Les colonies d'insectes sociaux se composent d'une reine, qui monopolise la reproduction, et d'ouvrières, non-reproductrices ou parfois stériles, qui aident à élever la descendance de la reine. Selon la théorie de la sélection de parentèle, les ouvrières augmentent leur fitness (succès reproducteur) non pas à travers leur propre progéniture, mais en aidant des individus apparentés (leur reine) à produire davantage de descendants. Cette théorie prédit ainsi que les ouvrières ont un intérêt à rester fidèles à leur nid natal. Toutefois, chez la guêpe tropicale Polistes canadensis, de nombreuse ouvrières visitent d'autres nids que leur nid natal : un phénomène appelé « dérive des ouvrières ». Le but de ce doctorat est ainsi de mieux comprendre les mécanismes impliqués dans ce comportement particulier des ouvrières ainsi que ces implications pour la théorie de la sélection de parentèle. Nous avons examiné le comportement de dérive des ouvrières à travers une étude des dynamiques sociales chez la guêpe tropicale P. canadensis. Mes résultats montrent que les populations de P. canadensis se composent en différentes agrégations de nids. Malgré de précédentes suggestions, on n'observe qu'une faible viscosité génétique au sein des populations de P. canadensis étudiées. On retrouve toutefois un degré d'apparentement entre nids d'une même agrégation. Ceci suggère que les ouvrières dériveuses sont susceptibles de bénéficier de fitness indirect en aidant les nids proches géographiquement. De plus, ces échanges d'ouvrières ne semblent pas accidentels puisque l'on constate des variations de taux de dérive et puisque les déplacements observés entre nids persistent sur plusieurs périodes de temps. La charge de travail, qui correspond aux différences d'effort de fourragement entre nid visités et natals, est décrite dans notre étude comme potentiel facteur expliquant le comportement de dérive des ouvrières chez P. canadensis. Nos expériences de retrait d'ouvrières et de couvain ont révélées que les dériveuses ne semblent pas répondre aux changements de besoins en aide des nids visités. Les ouvrières dériveuses biaisent leur effort en aidant leur propre nid, par lequel elles bénéficient le plus en termes de fitness indirect, avant de se consacrer à tout autre nid. Dans l'ensemble, ces résultats sur la dérive des ouvrières chez P. canadensis sont cohérents et suggèrent que ce comportement est une importante stratégie de reproduction alternative chez cette espèce qui contribue à la fitness indirecte de ces ouvrières non-reproductrices. De plus, ce doctorat apporte des informations sur la structure génétique des populations de guêpes Polistes et décrit le rôle des ouvrières inactives. Celles-ci semblent servir de réserve en ouvrières apportant du support à la colonie dans l'éventualité d'une perte d'individus. Plus généralement, ce travail met l'accent sur l'organisation complexe et l'adaptabilité des individus dans les sociétés d'insectes. - One major transition in evolution is the shift from solitary to social life. Sociality has evolved in a few taxa of the animal kingdom, most notably in the social insects which have achieved the highest level of sociality: eusociality. Colonies of social insects are formed by a reproductive queen, and many non-reproductive or sterile workers who help raise their mother queen's offspring. Kin selection theory explains worker behaviour in terms of the indirect fitness they gain from raising non-offspring kin. It therefore predicts that workers should stay faithful to their natal nests, to which they are the more related. However, in the tropical paper wasps Polistes canadensis, high levels of nest-drifting, whereby workers spend time on other neighbouring nests, has been reported. This PhD aimed at understanding the mechanisms involved in this peculiar behaviour as well as its implications for kin selection theory. I examined nest-drifting through the study of the social dynamics of the tropical paper wasp P. canadensis. My results showed that populations of this species of paper wasps are composed of different aggregations of nests. The studied populations showed little limited dispersal (viscosity), despite previous suggestion, but nests within these aggregations were more related to each other than nests outside of aggregations. This suggested that drifters may benefit from indirect fitness when helping on neighbouring nests. Drifting was unlikely to be accidental since we found drifting patterns at various rates and consistently over several time periods during monitoring. Workload (differences in colony-level foraging effort) was also a potential factor explaining nest-drifting in P. canadensis. Worker and brood removal experiments revealed that drifters do not respond to any changes in the need for help in the non-natal nests they visit. Drifters thus bias their help in their natal nests, from which they may benefit the most in terms of indirect fitness, before investing in others. Altogether, these results on nest-drifting in P. canadensis are consistent and suggest that nest-drifting is an important alternative reproductive strategy, contributing to the indirect fitness benefits gained by non-reproductive wasps. Additionally, this PhD provides information on the genetic structure of paper wasps' populations and demonstrates the role of inactive or lazy wasps as a "reserve worker force", which provides resilience to the colony in the event of worker mortality. More generally, this work further highlights the complex organization and adaptability of individuals in insect societies.

Disseny i muntatge d'un sistema de depuració ciclònica per reciclatge de paper

El projecte s’emmarca dins de l’àmbit de la indústria paperera, i dins el procés defabricació del paper es centra concretament amb l’etapa de la depuració ciclònica, una etapa en la qual es pretenen eliminar aquelles partícules sòlides que acompanyen la pasta de paper i que no són desitjables ja que afecten les característiques del paper i el funcionament de la resta d’equips del procés de fabricació. Es presenta una demanda de projecte per part del grup LEPAMAP (Laboratori d’Enginyeria Paperera i Materials Polímers) sobre el disseny d’una instal•lació de depuració ciclònica, mitjançant un hidrocicló, per realitzar activitats de recerca. Un hidrocicló és un equip que separa gràcies a la força centrífuga del flux d’entrada i pel seu disseny amb forma de con invertit. Així doncs, els objectius bàsics d’aquest projecte són dissenyar una instal•lació de depuració adequada per depurar una pasta de paper de possibles contaminants sòlids, la qual cosa implica el disseny d’una bomba centrífuga per impulsar el flux cap a l’interior de l’hidrocicló, dipòsits per emmagatzemar i preparar la suspensió, un agitador per mantenir en tot moment la homogeneïtat de la suspensió i uns dispositius de mesura i control per mesurar i controlar variables com el cabal, la pressió o el volum.El segon objectiu tracta de posar en marxa la instal•lació i comprovar si aquest equip,l’hidrocicló, separa correctament les partícules sòlides del flux de pasta.Paral•lelament s’ha estudiat quins són els equips de depuració més importants a laindústria paperera així com les etapes més importants que formen part del procés de fabricació del paper

L'ensenyament universitari del segle XXI : més enllà del paper

Durant les últimes dècades, en un context en què impera la influència de les TIC, el model de l'ensenyament universitari ha canviat radicalment. Paral·lelament, els rols de l'estudiant i del professor també s'han vist modificats: l'estudiant ha deixat de ser un lector passiu per convertir-se en un lector que participa activament en el procés d'aprenentatge, aportant material complementari i en diferents suports a la informació que li arriba. Neix, així, el concepte de lectura augmentada. La Universitat Oberta de Catalunya és un exemple de la tendència de futur de l'ensenyament universitari, en què l'estudiant pren les regnes de l'aprenentatge i les institucions educatives s'adapten a les noves necessitats de l'usuari afavorint la flexibilitat, la mobilitat i les eines tecnològiques imprescindibles per a aquest nou model d'ensenyament.

L'ensenyament universitari del segle XXI : més enllà del paper

La Universitat Oberta de Catalunya (UOC) és un exemple de la tendència de futur de l'ensenyament universitari, en què l'estudiant pren les regnes de l'aprenenetatge i les institucions educatives s'adapten a les noves necessitats de l'usuari afavorint la flexibilitat, la mobilitat i les eines tecnològiques imprescindibles per a aquest nou model d'enseyament.

Biodiversitat de coleòpters i el seu paper com a plagues i com a agents de control biològic en un conreu de cítrics ecològics

El present treball estudiarà la comunitat d’espècies Coleoptera d’un camp de cítrics situat a la Selva de Camp, Tarragona, durant el període de temps dels anys 2002 fins al 2011. Els Coleoptera és l’ordre animal conegut comunament com els “escarabats” i és el més abundant i variat de tot el regne animal. Els estudis realitzats són pocs i, normalment, de les espècies més abundants (sobretot la família Coccinellidae). Totes les espècies d’aquest ordre presenten unes característiques típiques (García et al., 1989). (1) Presenten una cutícula dura, rígida i quitinitzada, amb el primer parell d’ales endurides (èlitres). Gran protecció als traumes físics. (2) Tenen una gran capacitat per retenir la humitat degut a que els estigmes s’obren els èlitres i eviten la pèrdua d’aigua per transpiració. (3) Presenten mandíbules mastegadores, adaptables i utilitzables per a una gran varietat de funcions (Chinery, 1988). (4) Algunes espècies poden acumular substàncies tòxiques a l’organisme. Presenten un règim alimentari fitòfag o micòfag, per norma general, tot i que també es poden trobar espècies sapròfagues o depredadores. És per aquest motiu que les espècies de Coleoptera podrien presentar un paper important com a potencial plagues o com a possible control biològic (Zahradnik, 1990). Durant moltes dècades, els plaguicides han constituït una lluita química contra les plagues dels cultius agrícoles, obtenint molt bons resultats en quant a manteniment i qualitat de les collites. No obstant, la seva utilització deliberada ha constituït en molts casos una important font de contaminació del territori. La seva gran mobilitat i persistència ha originat efectes de bioacumulació i biomagnificació a les xarxes tròfiques dels essers vius presents en aquestes zones. Actualment, per evitar tots aquests problemes ocasionats pels productes sintètics, el control biològic de plagues constitueix un dels principals pilars de la protecció moderna de cultius (Jacas et al., 2005). Se sap que les formigues tenen un doble rol molt important a les comunitats vegetals (poden ser mutualistes o depredadors generalistes), fent que la presència o absència d’aquestes pugui tenir efectes potencials sobre l’abundància d’altres artròpodes (James et al., 1999). És per aquest motiu que al present treball es realitzen experiments amb dos tipus d’arbres, els que presenten formigues i els que les formigues s’han exclòs experimentalment. Així doncs, els objectius del present treball són: - Descriure quantitativament la Comunitat de Coleoptera no Coccinellidae. - Descriure els canvis que s’han produït en la comunitat de Coleoptera al llarg de 10 anys. - Valorar la importància de les diferents espècies i/o famílies com a components de la biodiversitat d’un conreu ecològic. - Descriure els efectes sobre la comunitat de Coleoptera no Coccinellidae de la presència o absència de formgiues. - Valorar la importància de les diferents espècies i/o famílies com a possibles plagues o com a agents de control biològic.