Deciphering a neural code for vision

Deciphering the information that eyes, ears, and other sensory organs transmit to the brain is important for understanding the neural basis of behavior. Recordings from single sensory nerve cells have yielded useful insights, but single neurons generally do not mediate behavior; networks of neurons do. Monitoring the activity of all cells in a neural network of a behaving animal, however, is not yet possible. Taking an alternative approach, we used a realistic cell-based model to compute the ensemble of neural activity generated by one sensory organ, the lateral eye of the horseshoe crab, Limulus polyphemus. We studied how the neural network of this eye encodes natural scenes by presenting to the model movies recorded with a video camera mounted above the eye of an animal that was exploring its underwater habitat. Model predictions were confirmed by simultaneously recording responses from single optic nerve fibers of the same animal. We report here that the eye transmits to the brain robust “neural images” of objects having the size, contrast, and motion of potential mates. The neural code for such objects is not found in ambiguous messages of individual optic nerve fibers but rather in patterns of coherent activity that extend over small ensembles of nerve fibers and are bound together by stimulus motion. Integrative properties of neurons in the first synaptic layer of the brain appear well suited to detecting the patterns of coherent activity. Neural coding by this relatively simple eye helps explain how horseshoe crabs find mates and may lead to a better understanding of how more complex sensory organs process information.

Three-dimensional structure of poliovirus receptor bound to poliovirus

Poliovirus initiates infection by binding to its cellular receptor (Pvr). We have studied this interaction by using cryoelectron microscopy to determine the structure, at 21-Å resolution, of poliovirus complexed with a soluble form of its receptor (sPvr). This density map aided construction of a homology-based model of sPvr and, in conjunction with the known crystal structure of the virus, allowed delineation of the binding site. The virion does not change significantly in structure on binding sPvr in short incubations at 4°C. We infer that the binding configuration visualized represents the initial interaction that is followed by structural changes in the virion as infection proceeds. sPvr is segmented into three well-defined Ig-like domains. The two domains closest to the virion (domains 1 and 2) are aligned and rigidly connected, whereas domain 3 diverges at an angle of ≈60°. Two nodules of density on domain 2 are identified as glycosylation sites. Domain 1 penetrates the “canyon” that surrounds the 5-fold protrusion on the capsid surface, and its binding site involves all three major capsid proteins. The inferred pattern of virus–sPvr interactions accounts for most mutations that affect the binding of Pvr to poliovirus.

Duplication and functional divergence in the chalcone synthase gene family of Asteraceae: evolution with substrate change and catalytic simplification.

Plant-specific polyketide synthase genes constitute a gene superfamily, including universal chalcone synthase [CHS; malonyl-CoA:4-coumaroyl-CoA malonyltransferase (cyclizing) (EC 2.3.1.74)] genes, sporadically distributed stilbene synthase (SS) genes, and atypical, as-yet-uncharacterized CHS-like genes. We have recently isolated from Gerbera hybrida (Asteraceae) an unusual CHS-like gene, GCHS2, which codes for an enzyme with structural and enzymatic properties as well as ontogenetic distribution distinct from both CHS and SS. Here, we show that the GCHS2-like function is encoded in the Gerbera genome by a family of at least three transcriptionally active genes. Conservation within the GCHS2 family was exploited with selective PCR to study the occurrence of GCHS2-like genes in other Asteraceae. Parsimony analysis of the amplified sequences together with CHS-like genes isolated from other taxa of angiosperm subclass Asteridae suggests that GCHS2 has evolved from CHS via a gene duplication event that occurred before the diversification of the Asteraceae. Enzyme activity analysis of proteins produced in vitro indicates that the GCHS2 reaction is a non-SS variant of the CHS reaction, with both different substrate specificity (to benzoyl-CoA) and a truncated catalytic profile. Together with the recent results of Durbin et al. [Durbin, M. L., Learn, G. H., Jr., Huttley, G. A. & Clegg, M. T. (1995) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 92, 3338-3342], our study confirms a gene duplication-based model that explains how various related functions have arisen from CHS during plant evolution.

Desenvolvimento de um modelo baseado em agentes para investigar a conformação e evolução de padrões populacionais de atividade física no lazer em adultos

Introdução: Grande parte das ações para promover a atividade física no lazer em populações tem apresentado tamanhos de efeito pequenos ou inexistentes, ou resultados inconsistentes. Abordar o problema a partir da perspectiva sistêmica pode ser uma das formas de superar esse descompasso. Objetivo: Desenvolver um modelo baseado em agentes para investigar a conformação e evolução de padrões populacionais de atividade física no lazer em adultos a partir da interação entre atributos psicológicos dos indivíduos e atributos dos ambientes físico construído e social em que vivem. Métodos: O processo de modelagem foi composto por três etapas: elaboração de um mapa conceitual, com base em revisão da literatura e consulta com especialistas; criação e verificação do algoritmo do modelo; e parametrização e análise de consistência e sensibilidade. Os resultados da revisão da literatura foram consolidados e relatados de acordo com os domínios da busca (aspectos psicológicos, ambiente social e ambiente físico construído). Os resultados quantitativos da consulta com os especialistas foram descritos por meio de frequências e o conteúdo das respostas questões abertas foi analisado e compilado pelo autor desta tese. O algoritmo do modelo foi criado no software NetLogo, versão 5.2.1., seguindo-se um protocolo de verificação para garantir que o algoritmo fosse implementado acuradamente. Nas análises de consistência e sensibilidade, utilizaram-se o Teste A de Vargha-Delaney, coeficiente de correlação de postos parcial, boxplots e gráficos de linha e de dispersão. Resultados: Definiram-se como elementos do mapa conceitual a intenção da pessoa, o comportamento de pessoas próximas e da comunidade, e a percepção da qualidade, do acesso e das atividades disponíveis nos locais em que atividade física no lazer pode ser praticada. O modelo representa uma comunidade hipotética contendo dois tipos de agentes: pessoas e locais em que atividade física no lazer pode ser praticada. As pessoas interagem entre si e com o ambiente construído, gerando tendências temporais populacionais de prática de atividade física no lazer e de intenção. As análises de sensibilidade indicaram que as tendências temporais de atividade física no lazer e de intenção são altamente sensíveis à influência do comportamento atual da pessoa sobre a sua intenção futura, ao tamanho do raio de percepção da pessoa e à proporção de locais em que a atividade física no lazer pode ser praticada. Considerações finais: O mapa conceitual e o modelo baseado em agentes se mostraram adequados para investigar a conformação e evolução de padrões populacionais de atividade física no lazer em adultos. A influência do comportamento da pessoa sobre a sua intenção, o tamanho do raio de percepção da pessoa e a proporção de locais em que a atividade física no lazer pode ser praticada são importantes determinantes da conformação e evolução dos padrões populacionais de atividade física no lazer entre adultos no modelo.

Saúde mental: concepções e práticas profissionais de um campo em tensão

A Reforma Psiquiátrica, atual política de saúde mental, redireciona os recursos da assistência psiquiátrica para o modelo de base comunitária, substituindo o modelo asilar. A abordagem proposta pela Reforma Psiquiátrica procura conjugar o esforço teórico e prático para a construção da Rede de Atenção Psicossocial. O presente trabalho objetivou desvelar concepções e práticas de trabalhadores da saúde mental, construídas na práxis de suas trajetórias profissionais e contextos de vida, em relação à incorporação do modelo de atenção psicossocial ou manutenção de princípios asilares, caracterizadores da tradicional prática profissional em saúde mental. Objetivou também identificar pontos de tensão, que caracterizam interesses de diferentes naturezas, como obstáculos e desafios à implementação da Reforma Psiquiátrica. A pesquisa, de natureza qualitativa, contou com 10 entrevistas de profissionais atuando na área, baseada na técnica de depoimento oral e em roteiro do tipo temático, sendo 3 enfermeiros, 3 psicólogos, 3 psiquiatras e 1 terapeuta ocupacional. Os relatos dos profissionais foram organizados em categorias gerais e específicas tendo em vista a interpretação das narrativas à luz da literatura especializada. Através dos discursos dos profissionais do campo da saúde mental é possível observar que um tensionamento ideológico marca fortemente o espaço da saúde. Alguns profissionais relataram a busca por construir práticas em equipe interdisciplinar, pautadas pelo modelo psicossocial; porém, referem à resistência de outros profissionais da equipe. Praticamente todos os profissionais apresentam discursos de humanização no campo da saúde mental, mas alguns não enunciam visões críticas aos modelos asilares. Alguns trabalhadores revelam a crença na possibilidade de coexistência integrada entre o Modo Asilar e Modo Psicossocial. Para estes trabalhadores de CAPS, é desejável a permanência dos hospitais psiquiátricos e é possível a humanização dos mesmos. Essa questão indica, ao que parece, que as práticas em saúde mental ainda operam sobre premissas epistemológicas diferenciando sujeitos que podem ou não circular no meio social. A existência dos hospitais psiquiátricos, considerados como instituições totais, é problematizada e questionada pela Luta Antimanicomial, indica a permanência da lógica asilar que respalda a continuidade dos hospitais, exclusivamente psiquiátricos, entre os serviços de atendimento, com o apoio de parte dos profissionais da rede de saúde mental. Concordantes com a possibilidade de coexistência do modelo asilar e modelo psicossocial, estes profissionais permitem-nos demonstrar que mesmo uma visão clínica pretensamente humanizadora, que defenda em seu discurso um tratamento digno, pode operar no modelo teórico-metodológico positivista e não está necessariamente vinculada a uma postura política de sujeitos de direitos e de cidadania. Os profissionais que apresentaram em suas narrativas a não concordância com a permanência dos hospitais psiquiátricos, defendem que as transformações sejam clínicas e políticas nos saberes e nas práticas em Saúde Mental. Estes trabalhadores já fizeram ou fazem parte de movimentos sociais, apontados como lugares de reflexão crítica sobre ideias instituídas contribuindo, ao que parece, para o processo de desnaturalização de concepções construídas culturalmente e orientadoras de práticas profissionais. Diante de tais constatações podemos indagar e refletir se a desinstitucionalização, concreta e simbólica, encontra-se no horizonte de uma política pública de atenção em Saúde Mental que realmente tenha como projeto a sua real implementação e se a permanência dos hospitais psiquiátricos e das comunidades terapêuticas estaria descaracterizando as propostas iniciais da construção da Atenção Psicossocial, considerando os interesses privados e a manutenção da lógica asilar, contrários aos princípios do SUS.

Reengenharia de sistemas na recuperação e modernização de produtos: proposta de um modelo baseado em risco.

Produtos com um tempo considerável de utilização podem ser objeto de um processo de manutenção mais amplo e profundo, que visa prolongar a sua vida útil. O termo recuperação é aplicado a este tipo de manutenção, que visa à substituição de peças defeituosas, desgastadas, e/ou com a vida útil encerrada. O surgimento de novos paradigmas e de um novo conjunto de doutrinas operacionais pode mudar as expectativas e necessidades das partes interessadas de modo que o produto pode ser proposto para uma modernização. Assim, o produto pode ser reengenheirado durante a sua recuperação. Para realizar um projeto de recuperação e modernização, propõe-se uma abordagem em seis passos centrada numa decisão baseada no risco para classificar os componentes de acordo com a ação a ser realizada. A análise do produto é desenvolvida com base em técnicas de desmontagem e uma análise da fase operacional é realizada para as tomadas de decisões. Deste modo, um componente pode sofrer manutenção, ser modernizado, ser excluído, ser inserido ou permanecer fora do escopo dos trabalhos. O processo da gestão baseada em risco também inclui duas fases de monitoramento de risco continuado: durante a produção e na fase de operação. As decisões podem ser revistas pelo uso da análise bayesiana. Um estudo de caso é proposto para ilustrar o modelo num programa de recuperação e modernização de veículos blindados realizada numa unidade do Exército Brasileiro. A aplicação da metodologia permitiu a seleção de uma alternativa de modernização, considerando riscos e benefícios. O desdobramento das análises no projeto detalhado permitiu a definição final do escopo de recuperação e modernização, observando efeitos de propagação de alterações de engenharia. A principal contribuição deste trabalho é a formalização de um estudo da recuperação e modernização como projeto específico, descrevendo suas características de uma forma a permitir a aplicação de um modelo baseado em risco.

Controlador integrado baseado em conceito híbrido e controle geométrico para embarcações posicionadas dinamicamente.

O conceito de controle híbrido é aplicado à operação de alívio entre um FPWSO e um navio aliviador. Ambos os navios mantêm suas posições e aproamentos pelo resultado da ação do seu Sistema de Posicionamento Dinâmico (SPD). O alívio dura cerca de 24 horas para ser concluído. Durante este período, o estado de mar pode se alterar e os calados estão sendo constantemente alterados. Um controlador híbrido é projetado para permitir modificacões dos parâmetros de controle/observação se alguma alteração significante do estado de mar e/ou calado das embarcações ocorrer. O principal objetivo dos controladores é manter o posicionamento relativo entre os navios com o intuito de evitar perigosa proximidade ou excesso de tensão no cabo. Com isto em mente, uma nova estratégia de controle que atue integradamente em ambos os navios é proposta baseda em geometria diferencial. Observadores não lineares baseados em passividade são aplicados para estimar a posição, a velocidade e as forças externas de mares calmos até extremos. O critério para troca do controle/observação é baseado na variação do calado e no estado de mar. O calado é assumido conhecido e o estado de mar é estimado pela frequência de pico do espectro do movimento de primeira ordem dos navios. Um modelo de perturbação é proposto para encontrar o número de controladores do sistema híbrido. A equivalência entre o controle geométrico e o controlador baseado em Multiplicadores de Lagrange é demonstrada. Assumindo algumas hipóteses, a equivalência entre os controladores geométrico e o PD é também apresentada. O desempenho da nova estratégia é avaliada por meio de simulações numéricas e comparada a um controlador PD. Os resultados apresentam muito bom desempenho em função do objetivo proposto. A comparação entre a abordagem geométrica e o controlador PD aponta um desempenho muito parecido entre eles.

Simulation Results of AgriPoliS about Diminishing Capital Subsidies and Restrictions. Factor Markets Working Document No. 55, June 2013

This paper investigates the impacts of high interest rates for borrowed capital and credit restrictions on the structural development of four European regions. The method used is the model AgriPoliS which is a spatial-dynamic agent-based model. It is able to provide aggregated results at the regional level, but very individual results as well by considering farms as independent entities. Farms can choose between different investment options during the simulation. Several scenarios with different interest rates for borrowed capital on the one hand as well as with different levels of credit restrictions on the other hand are tested and compared. Results show that higher interest rates have less impact on declining production branches than on expanding ones. If they have the possibility farms invest in the most profitable production branch which relative profitability might have changed with high interest rates. Credit restrictions lead farms to choose smaller and cheaper investments than expensive and large ones. Results also show that income losses in both cases due to under-investment compared to the reference situation are partially compensated by lower rental prices. The impacts on structural change also differ depending on the region and the initial situation. In summary, credit subsidies or imperfections on credit markets might have indirect impacts on the type of dominant investment and therefore on the whole regional agricultural sector as well.

Near Real-Time Detection Of Pipe Bursts in Water Distribution Systems

The research work presented in the thesis describes a new methodology for the automated near real-time detection of pipe bursts in Water Distribution Systems (WDSs). The methodology analyses the pressure/flow data gathered by means of SCADA systems in order to extract useful informations that go beyond the simple and usual monitoring type activities and/or regulatory reporting , enabling the water company to proactively manage the WDSs sections. The work has an interdisciplinary nature covering AI techniques and WDSs management processes such as data collection, manipulation and analysis for event detection. Indeed, the methodology makes use of (i) Artificial Neural Network (ANN) for the short-term forecasting of future pressure/flow signal values and (ii) Rule-based Model for bursts detection at sensor and district level. The results of applying the new methodology to a District Metered Area in Emilia- Romagna’s region, Italy have also been reported in the thesis. The results gathered illustrate how the methodology is capable to detect the aforementioned failure events in fast and reliable manner. The methodology guarantees the water companies to save water, energy, money and therefore enhance them to achieve higher levels of operational efficiency, a compliance with the current regulations and, last but not least, an improvement of customer service.

Conservation of freshwater thermal habitats for Pacific salmon in a changing climate

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-06

Do harvest refuges buffer kangaroos against evolutionary responses to selective harvesting?

There is a wealth of literature documenting a directional change of body size in heavily harvested populations. Most of this work concentrates on aquatic systems, but terrestrial populations are equally at risk. This paper explores the capacity of harvest refuges to counteract potential effects of size-selective harvesting on the allele frequency,of populations. We constructed a stochastic, individual-based model parameterized with data on red kangaroos. Because we do not know which part of individual growth would change in the course of natural selection, we explored the effects of two alternative models of individual growth in which alleles affect either the growth rate or the maximum size. The model results show that size-selective harvesting can result in significantly smaller kangaroos for a given age when the entire population is subject to harvesting. In contrast, in scenarios that include dispersal from harvest refuges, the initial allele frequency remains virtually unchanged.

Consumption habit and international stock returns

We use the consumption-based asset pricing model with habit formation to study the predictability and cross-section of returns from the international equity markets. We find that the predictability of returns from many developed countries' equity markets is explained in part by changing prices of risks associated with consumption relative to habit at the world as well as local levels. We also provide an exploratory investigation of the cross-sectional implications of the model under the complete world market integration hypothesis and find that the model performs mildly better than the traditional consumption-based model. the unconditional and conditional world CAPMs and a three-factor international asset pricing model. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

Using extreme value theory to measure value-at-risk for daily electricity spot prices

The recent deregulation in electricity markets worldwide has heightened the importance of risk management in energy markets. Assessing Value-at-Risk (VaR) in electricity markets is arguably more difficult than in traditional financial markets because the distinctive features of the former result in a highly unusual distribution of returns-electricity returns are highly volatile, display seasonalities in both their mean and volatility, exhibit leverage effects and clustering in volatility, and feature extreme levels of skewness and kurtosis. With electricity applications in mind, this paper proposes a model that accommodates autoregression and weekly seasonals in both the conditional mean and conditional volatility of returns, as well as leverage effects via an EGARCH specification. In addition, extreme value theory (EVT) is adopted to explicitly model the tails of the return distribution. Compared to a number of other parametric models and simple historical simulation based approaches, the proposed EVT-based model performs well in forecasting out-of-sample VaR. In addition, statistical tests show that the proposed model provides appropriate interval coverage in both unconditional and, more importantly, conditional contexts. Overall, the results are encouraging in suggesting that the proposed EVT-based model is a useful technique in forecasting VaR in electricity markets. (c) 2005 International Institute of Forecasters. Published by Elsevier B.V. All rights reserved.

Simulation of a complete reflected shock tunnel showing a vortex mechanism for flow contamination

Simulations of a complete reflected shock tunnel facility have been performed with the aim of providing a better understanding of the flow through these facilities. In particular, the analysis is focused on the premature contamination of the test flow with the driver gas. The axisymmetric simulations model the full geometry of the shock tunnel and incorporate an iris-based model of the primary diaphragm rupture mechanics, an ideal secondary diaphragm and account for turbulence in the shock tube boundary layer with the Baldwin-Lomax eddy viscosity model. Two operating conditions were examined: one resulting in an over-tailored mode of operation and the other resulting in approximately tailored operation. The accuracy of the simulations is assessed through comparison with experimental measurements of static pressure, pitot pressure and stagnation temperature. It is shown that the widely-accepted driver gas contamination mechanism in which driver gas 'jets' along the walls through action of the bifurcated foot of the reflected shock, does not directly transport the driver gas to the nozzle at these conditions. Instead, driver gas laden vortices are generated by the bifurcated reflected shock. These vortices prevent jetting of the driver gas along the walls and convect driver gas away from the shock tube wall and downstream into the nozzle. Additional vorticity generated by the interaction of the reflected shock and the contact surface enhances the process in the over-tailored case. However, the basic mechanism appears to operate in a similar way for both the over-tailored and the approximately tailored conditions.

The temporal and spatial limits of compensation for fixational eye movements

High-fidelity eye tracking is combined with a perceptual grouping task to provide insight into the likely mechanisms underlying the compensation of retinal image motion caused by movement of the eyes. The experiments describe the covert detection of minute temporal and spatial offsets incorporated into a test stimulus. Analysis of eye motion on individual trials indicates that the temporal offset sensitivity is actually due to motion of the eye inducing artificial spatial offsets in the briefly presented stimuli. The results have strong implications for two popular models of compensation for fixational eye movements, namely efference copy and image-based models. If an efference copy model is assumed, the results place constraints on the spatial accuracy and source of compensation. If an image-based model is assumed then limitations are placed on the integration time window over which motion estimates are calculated. (c) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.