Features for detection of Parkinson's disease tremor from local field potentials of the subthalamic nucleus

Deep Brain Stimulation (DBS) is a treatment routinely used to alleviate the symptoms of Parkinson's disease (PD). In this type of treatment, electrical pulses are applied through electrodes implanted into the basal ganglia of the patient. As the symptoms are not permanent in most patients, it is desirable to develop an on-demand stimulator, applying pulses only when onset of the symptoms is detected. This study evaluates a feature set created for the detection of tremor - a cardinal symptom of PD. The designed feature set was based on standard signal features and researched properties of the electrical signals recorded from subthalamic nucleus (STN) within the basal ganglia, which together included temporal, spectral, statistical, autocorrelation and fractal properties. The most characterized tremor related features were selected using statistical testing and backward algorithms then used for classification on unseen patient signals. The spectral features were among the most efficient at detecting tremor, notably spectral bands 3.5-5.5 Hz and 0-1 Hz proved to be highly significant. The classification results for determination of tremor achieved 94% sensitivity with specificity equaling one.

Complexity theory and planning: examining 'fractals' for organising policy domains in planning practice

This article examines selected methodological insights that complexity theory might provide for planning. In particular, it focuses on the concept of fractals and, through this concept, how ways of organising policy domains across scales might have particular causal impacts. The aim of this article is therefore twofold: (a) to position complexity theory within social science through a ‘generalised discourse’, thereby orienting it to particular ontological and epistemological biases and (b) to reintroduce a comparatively new concept – fractals – from complexity theory in a way that is consistent with the ontological and epistemological biases argued for, and expand on the contribution that this might make to planning. Complexity theory is theoretically positioned as a neo-systems theory with reasons elaborated. Fractal systems from complexity theory are systems that exhibit self-similarity across scales. This concept (as previously introduced by the author in ‘Fractal spaces in planning and governance’) is further developed in this article to (a) illustrate the ontological and epistemological claims for complexity theory, and to (b) draw attention to ways of organising policy systems across scales to emphasise certain characteristics of the systems – certain distinctions. These distinctions when repeated across scales reinforce associated processes/values/end goals resulting in particular policy outcomes. Finally, empirical insights from two case studies in two different policy domains are presented and compared to illustrate the workings of fractals in planning practice.

Fractional order modeling of large three-dimensional RC networks

An incidence matrix analysis is used to model a three-dimensional network consisting of resistive and capacitive elements distributed across several interconnected layers. A systematic methodology for deriving a descriptor representation of the network with random allocation of the resistors and capacitors is proposed. Using a transformation of the descriptor representation into standard state-space form, amplitude and phase admittance responses of three-dimensional random RC networks are obtained. Such networks display an emergent behavior with a characteristic Jonscher-like response over a wide range of frequencies. A model approximation study of these networks is performed to infer the admittance response using integral and fractional order models. It was found that a fractional order model with only seven parameters can accurately describe the responses of networks composed of more than 70 nodes and 200 branches with 100 resistors and 100 capacitors. The proposed analysis can be used to model charge migration in amorphous materials, which may be associated to specific macroscopic or microscopic scale fractal geometrical structures in composites displaying a viscoelastic electromechanical response, as well as to model the collective responses of processes governed by random events described using statistical mechanics.

On Hamiltonian balanced dynamics and the slowest invariant manifold

The concept of a slowest invariant manifold is investigated for the five-component model of Lorenz under conservative dynamics. It is shown that Lorenz's model is a two-degree-of-freedom canonical Hamiltonian system, consisting of a nonlinear vorticity-triad oscillator coupled to a linear gravity wave oscillator, whose solutions consist of regular and chaotic orbits. When either the Rossby number or the rotational Froude number is small, there is a formal separation of timescales, and one can speak of fast and slow motion. In the same regime, the coupling is weak, and the Kolmogorov–Arnold-Moser theorem is shown to apply. The chaotic orbits are inherently unbalanced and are confined to regions sandwiched between invariant tori consisting of quasi-periodic regular orbits. The regular orbits generally contain free fast motion, but a slowest invariant manifold may be geometrically defined as the set of all slow cores of invariant tori (defined by zero fast action) that are smoothly related to such cores in the uncoupled system. This slowest invariant manifold is not global; in fact, its structure is fractal; but it is of nearly full measure in the limit of weak coupling. It is also nonlinearly stable. As the coupling increases, the slowest invariant manifold shrinks until it disappears altogether. The results clarify previous definitions of a slowest invariant manifold and highlight the ambiguity in the definition of “slowness.” An asymptotic procedure, analogous to standard initialization techniques, is found to yield nonzero free fast motion even when the core solutions contain none. A hierarchy of Hamiltonian balanced models preserving the symmetries in the original low-order model is formulated; these models are compared with classic balanced models, asymptotically initialized solutions of the full system and the slowest invariant manifold defined by the core solutions. The analysis suggests that for sufficiently small Rossby or rotational Froude numbers, a stable slowest invariant manifold can be defined for this system, which has zero free gravity wave activity, but it cannot be defined everywhere. The implications of the results for more complex systems are discussed.

PedVis: A Structured, Space-Efficient Technique for Pedigree Visualization

Public genealogical databases are becoming increasingly populated with historical data and records of the current population`s ancestors. As this increasing amount of available information is used to link individuals to their ancestors, the resulting trees become deeper and more dense, which justifies the need for using organized, space-efficient layouts to display the data. Existing layouts are often only able to show a small subset of the data at a time. As a result, it is easy to become lost when navigating through the data or to lose sight of the overall tree structure. On the contrary, leaving space for unknown ancestors allows one to better understand the tree`s structure, but leaving this space becomes expensive and allows fewer generations to be displayed at a time. In this work, we propose that the H-tree based layout be used in genealogical software to display ancestral trees. We will show that this layout presents an increase in the number of displayable generations, provides a nicely arranged, symmetrical, intuitive and organized fractal structure, increases the user`s ability to understand and navigate through the data, and accounts for the visualization requirements necessary for displaying such trees. Finally, user-study results indicate potential for user acceptance of the new layout.

Medical image retrieval based on complexity analysis

Texture is one of the most important visual attributes used in image analysis. It is used in many content-based image retrieval systems, where it allows the identification of a larger number of images from distinct origins. This paper presents a novel approach for image analysis and retrieval based on complexity analysis. The approach consists of a texture segmentation step, performed by complexity analysis through BoxCounting fractal dimension, followed by the estimation of complexity of each computed region by multiscale fractal dimension. Experiments have been performed with MRI database in both pattern recognition and image retrieval contexts. Results show the accuracy of the method and also indicate how the performance changes as the texture segmentation process is altered.

Texture analysis and classification using deterministic tourist walk

In this paper, we present a study on a deterministic partially self-avoiding walk (tourist walk), which provides a novel method for texture feature extraction. The method is able to explore an image on all scales simultaneously. Experiments were conducted using different dynamics concerning the tourist walk. A new strategy, based on histograms. to extract information from its joint probability distribution is presented. The promising results are discussed and compared to the best-known methods for texture description reported in the literature. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Texture analysis using graphs generated by deterministic partially self-avoiding walks

Texture is one of the most important visual attributes for image analysis. It has been widely used in image analysis and pattern recognition. A partially self-avoiding deterministic walk has recently been proposed as an approach for texture analysis with promising results. This approach uses walkers (called tourists) to exploit the gray scale image contexts in several levels. Here, we present an approach to generate graphs out of the trajectories produced by the tourist walks. The generated graphs embody important characteristics related to tourist transitivity in the image. Computed from these graphs, the statistical position (degree mean) and dispersion (entropy of two vertices with the same degree) measures are used as texture descriptors. A comparison with traditional texture analysis methods is performed to illustrate the high performance of this novel approach. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

A complex network-based approach for boundary shape analysis

This paper introduces a novel methodology to shape boundary characterization, where a shape is modeled into a small-world complex network. It uses degree and joint degree measurements in a dynamic evolution network to compose a set of shape descriptors. The proposed shape characterization method has all efficient power of shape characterization, it is robust, noise tolerant, scale invariant and rotation invariant. A leaf plant classification experiment is presented on three image databases in order to evaluate the method and compare it with other descriptors in the literature (Fourier descriptors, Curvature, Zernike moments and multiscale fractal dimension). (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Plant Leaf Identification Using Gabor Wavelets

This article presents a novel method of plant classification using Gabor wavelet filters to extract texture filters in a foliar surface. The aim of this promising method is to add to the results obtained by other leaf attributes (such as shape, contour, color, among others), increasing, therefore, the percentage of classification of plant species. To corroborate the efficiency of the technique, an experiment using 20 species from Brazilian flora was done and discussed. The results are also compared with texture Fourier descriptors and cooccurrence matrices. (C) 2009 Wiley Periodicals, Inc. Int J Imaging Syst Technol, 19, 236-243, 2009; Published online in Wiley InterScience (www.interscience.wiley.com). DOI 10.1002/ima.20201

Efeitos biológicos das radiações de rádio frequências de telefonia celular : simulação FDTD

Neste trabalho é apresentado o desenvolvimento de um programa para cálculo de campos eletromagnéticos baseado no método das Diferenças Finitas no Domínio do Tempo (FDTD). Este programa é aplicado no cálculo da Taxa de Absorção Específica (SAR) na cabeça de um usuário de transceptores portáteis como os telefones celulares. Como introdução ao problema é realizada uma revisão dos efeitos biológicos e das recomendações para a exposição humana a radiofreqüências e microondas. Os principais resultados obtidos com simulações realizadas com o programa desenvolvido. São mostrados e comparados com os resultados simulados e medidos por outros autores, assim como com as recomendações nacionais e internacionais. A título de recomendação final e como alternativa visando minimizar os riscos que a absorção do campo pode representar para a saúde dos usuários, é proposta a utilização de antenas que emitem mais no sentido oposto à cabeça. Este conceito é testado com o desenvolvimento de uma antena simples em microstrip.

Reator Gerador de Flocos - RGF : concepção e desenvolvimento básico

O objetivo geral do presente trabalho foi a concepção e o desenvolvimento de um sistema compacto de floculação em linha, em escala semipiloto, com o aproveitamento da energia cinética do fluxo hidráulico para promover a agitação necessária à dispersão de um polímero floculante e a geração dos flocos ao longo de um reator tubular helicoidal. O sistema denominado de Reator Gerador de Flocos (RGF), foi desenvolvido para a geração de flocos aerados ou não (com o uso de um colóide de Fe(OH)3, como modelo) e uma poliacrilamida catiônica de alto peso molecular (Mafloc 490C). Foram testados 5 modelos diferentes de RGFs (variação no comprimento/volume) para a geração dos flocos em diferentes vazões de alimentação e foi selecionado o reator mais eficiente em termos de separação sólido/líquido. Os estudos de avaliação da eficiência de floculação do RGF foram realizados comparativamente através da caracterização dos flocos formados e do comportamento dos flocos numa etapa posterior de separação sólido/líquido. Nos ensaios de geração de flocos não aerados foram medidos o tempo de sedimentação, a turbidez do sobrenadante e o volume sedimentado em cone Imhoff. Ainda, análise fotográfica possibilitou a medição do tamanho dos flocos não aerados e através da correlação logarítmica com a massa dos mesmos, foi possível determinar a dimensão fractal (dF) destes flocos de Fe(OH)3. A eficiência na geração de flocos aerados no RGF com o emprego de microbolhas (diâmetros inferiores a 70 mm) foi avaliada através da velocidade de ascensão dos flocos em uma célula cilíndrica fixa à uma coluna de flotação posterior ao RGF. Estudos de caracterização do regime hidráulico do reator com o emprego de traçadores (azul de metileno) e a determinação do gradiente de velocidade (G) e do número de Reynolds (Re) foram realizados. A curva de resposta do traçador apresentou um pico intenso e estreito, no perfil de velocidade investigado (3L.min-1), caracterizando um fluxo do tipo pistão para o RGF. Ainda, um regime turbulento (Re > 5000) e um G de 1420 s-1 foram determinados. O RGF 3 (modelo 3, com 12m/1,2 L) apresentou a melhor eficiência na geração dos flocos, com e sem o emprego de microbolhas. Nos ensaios de sedimentação, os melhores resultados em termos de velocidade de separação foram obtidos nas seguintes condições experimentais: 4 L.min-1 de vazão de alimentação, 5 mg.L-1 de Mafloc 490C, atingindo velocidade da ordem de 19 m.h-1, turbidez residual de 1 NTU, e volume de sólidos sedimentáveis de 7 mL.L-1. As análises fotográficas permitiram estimar flocos com diâmetros num intervalo entre 400 e 2000 mm. A partir do emprego da equação de sedimentação para fluxo laminar de Stokes, foi constatado o decréscimo da densidade flocos de Fe(OH)3 com o aumento do tamanho dos mesmos, atingindo um valor médio de 1019 kg.m-3. Um dF de 2,98 foi obtido, caracterizando um floco esférico, de baixa porosidade e com estrutura densa. Os melhores resultados na velocidade de ascensão dos flocos aerados foram obtidos com os seguintes parâmetros: vazão de alimentação de 2 L.min-1, concentração de 5 mg.L-1 de Mafloc 490C, sendo obtidas velocidades na ordem de 112 m.h-1. Esses flocos aerados ascendem com velocidades equivalentes à bolhas com diâmetros entre 185 e 240 mm (D50 entre 30-70 mm para as microbolhas individuais e isoladas). A alta velocidade de separação sólido/líquido obtida nos estudos com flocos aerados comparativamente com os flocos não aerados mostram claramente a viabilidade de emprego das microbolhas na separação por floculação- flotação (flutuação). Os resultados obtidos permitem prever um elevado potencial de aplicação em nível industrial do RGF, principalmente por apresentar um baixo tempo de residência, ausência de partes móveis (agitadores), pequena área ocupada, uma mistura do tipo pistão (ideal para floculação), ausência de curto-circuitos ou zonas mortas e um crescimento uniforme com elevada cinética na geração dos flocos.

O desdobramento de uma atitude teórica em relação à linguagem - contriuições empíricas e teóricas para a educação lingüística fundamentadas na Teoria Dialética da Atividade

Este trabalho tem como objetivo investigar a existência de uma atitude teórica com relação à língua em estudantes das Ciências da Linguagem, com o propósito de dar-lhes orientação para que desdobrem sua relação empírica em uma relação teórica com as línguas e com as Ciências da Linguagem. O referencial teórico utilizado tem como base: a Teoria Histórico-Cultural da Atividade (VYGOTSKY, LEONTJEV, LURIA, DAVYDOV, COLE, ERGESTRÖM), a Teoria Bildung – Teoria do Auto-Desenvolvimento Humano (HUMBOLDT, PESTALOZZI, FRÖBEL, KLAFKI) – e a Teoria de Sistemas Evolucionários (mais conhecida através de subteorias como a Teoria do Caos, Geometria Fractal ou Sistema Dinâmico Não-linear – JANTSCH, JUDIN, PRIGOGINE, HAREN, MANDELBOT, FEIGENBAUM, entre outros). O primeiro resultado desta pesquisa é a construção de instrumentos de investigação fundamentados em: (1) uma metodologia baseada na Lógica Dialética para operações heurísticas com conceitos pares; (2) uma Heurística Intradisciplinar para formação de sistemas em Ciências da Linguagem; (3) um projeto de um Experimento Educacional com participantes “ideais”. O segundo resultado expõe as conseqüências da concretização do Experimento Educacional com sete estudantes de Letras da Fundação Universidade Federal de Rio Grande (FURG), num período intermitente de dois anos. Os principais resultados verificados foram que: (1) esses estudantes de Letras possuem um conhecimento tácito sobre teorias lingüísticas; (2) a Heurística Intradisciplinar é um meio produtivo para aprimorar o conhecimento e a habilidade para formação de sistemas auto-refletidos nas Ciências da Linguagem; (3) o uso de Multimídia é uma ferramenta produtiva para criar sistemas complexos interativos; (4) a utilização do Experimento Educacional proporcionou o desencadeamento da iniciação científica dos estudantes do projeto.

Verificação da memória longa persistente no mercado de bitcoins : uma análise do expoente de Hurst ao longo do tempo

Um dos principais fatores de estudo do mercado de capitais é a discussão a respeito da teoria de eficiência de mercado, que no caso diverge em relação ao comportamento do preço da maioria dos ativos. Este trabalho tem o intuito de analisar o comportamento do principal índice de preços do mercado de bitcoins (BPI) durante o período de julho de 2010 a setembro de 2014. Inicialmente será testada a hipótese do passeio aleatório para o BPI. Em seguida serão verificadas as correlações de longa data nas séries financeiras temporais utilizando como instrumento de análise o expoente de Hurst (H), que inicialmente foi usado para calcular correlações em fenômenos naturais e posteriormente sua abrangência alcançou a área financeira. O estudo avalia o expoente H através de métodos distintos destacando-se a análise R/S e a DFA. Para o cálculo do expoente ao longo do tempo, utiliza-se uma janela móvel de 90 dias deslocando-se de 10 em 10 dias. Já para o cálculo em diferentes escalas verifica-se, para cada dia, o valor do expoente H nos últimos 360, 180 e 90 dias respectivamente. Os resultados evidenciaram que o índice BPI apresenta memória longa persistente em praticamente todo o período analisado. Além disso, a análise em diferentes escalas indica a possibilidade de previsão de eventos turbulentos no índice neste mesmo período. Finalmente foi possível comprovar a hipótese de mercados fractais para a série histórica de retornos do BPI.