The spatial sign covariance matrix and its application for robust correlation estimation

8 pages, 2 figures, to be published in the conference proceedings of 11th international conference "Computer Data Analysis & Modeling 2016"

A link density clustering algorithm based on automatically selecting density peaks for overlapping community detection

Peer reviewed

Signals and signs in the nervous system: The dynamic anatomy of electrical activity is probably information-rich

The dichotomy between two groups of workers on neuroelectrical activity is retarding progress. To study the interrelations between neuronal unit spike activity and compound field potentials of cell populations is both unfashionable and technically challenging. Neither of the mutual disparagements is justified: that spikes are to higher functions as the alphabet is to Shakespeare and that slow field potentials are irrelevant epiphenomena. Spikes are not the basis of the neural code but of multiple codes that coexist with nonspike codes. Field potentials are mainly information-rich signs of underlying processes, but sometimes they are also signals for neighboring cells, that is, they exert influence. This paper concerns opportunities for new research with many channels of wide-band (spike and slow wave) recording. A wealth of structure in time and three-dimensional space is different at each scale—micro-, meso-, and macroactivity. The depth of our ignorance is emphasized to underline the opportunities for uncovering new principles. We cannot currently estimate the relative importance of spikes and synaptic communication vs. extrasynaptic graded signals. In spite of a preponderance of literature on the former, we must consider the latter as probably important. We are in a primitive stage of looking at the time series of wide-band voltages in the compound, local field, potentials and of choosing descriptors that discriminate appropriately among brain loci, states (functions), stages (ontogeny, senescence), and taxa (evolution). This is not surprising, since the brains in higher species are surely the most complex systems known. They must be the greatest reservoir of new discoveries in nature. The complexity should not deter us, but a dose of humility can stimulate the flow of imaginative juices.

Magnetic resonance microscopy and spectroscopy reveal kinetics of cryoprotectant permeation in a multicompartmental biological system.

Successful cryopreservation of most multicompartmental biological systems has not been achieved. One prerequisite for success is quantitative information on cryoprotectant permeation into and amongst the compartments. This report describes direct measurements of cryoprotectant permeation into a multicompartmental system using chemical shift selective magnetic resonance (MR) microscopy and MR spectroscopy. We used the developing zebrafish embryo as a model for studying these complex systems because these embryos are composed of two membrane-limited compartments: (i) a large yolk (surrounded by the yolk syncytial layer) and (ii) differentiating blastoderm cells (each surrounded by a plasma membrane). MR images of the spatial distribution of three cryoprotectants (dimethyl sulfoxide, propylene glycol, and methanol) demonstrated that methanol permeated the entire embryo within 15 min. In contrast, the other cryoprotectants exhibited little or no permeation over 2.5 h. MR spectroscopy and microinjections of cryoprotectants into the yolk inferred that the yolk syncytial layer plays a critical role in limiting the permeation of some cryoprotectants throughout the embryo. This study demonstrates the power of MR technology combined with micromanipulation for elucidating key physiological factors in cryobiology.

Determination of the distance between two spin labels attached to a macromolecule.

An EPR "spectroscopic ruler" was developed using a series of alpha-helical polypeptides, each modified with two nitroxide spin labels. The EPR line broadening due to electron-electron dipolar interactions in the frozen state was determined using the Fourier deconvolution method. These dipolar spectra were then used to estimate the distances between the two nitroxides separated by 8-25 A. Results agreed well with a simple alpha-helical model. The standard deviation from the model system was 0.9 A in the range of 8-25 A. This technique is applicable to complex systems such as membrane receptors and channels, which are difficult to access with high-resolution NMR or x-ray crystallography, and is expected to be particularly useful for systems for which optical methods are hampered by the presence of light-interfering membranes or chromophores.

The impact of model detail on power grid resilience measures

Peer reviewed

Identification of the mRNA targets of tRNA-­specific regulation using genome-­wide simulation of translation

FUNDING Biotechnology and Biological Sciences Research Council (BBSRC) [BB/I020926/1 to I.S.]; BBSRC PhD studentship award [C103817D to I.S. and M.C.R.]; Scottish Universities Life Science Alliance PhD studentship award (to M.C.R. and I.S.]. Funding for open access charge: BBSRC. Conflict of interest statement. None declared.

Tilted excitation implies odd periodic resonances

This work was supported by the Brazilian agencies FAPESP and CNPq. MSB also acknowledges the Engineering and Physical Sciences Research Council grant Ref. EP/I032606/1. GID thanks Felipe A. C. Pereira for fruitful discussions.

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.

Gerenciamento de resíduos sólidos municipais e os sistemas complexos: a busca da sustentabilidade e a proposta de cobrança da coleta em Santo André-SP

O gerenciamento de resíduos sólidos municipais não vem contemplando adequadamente a multidimensionalidade da realidade urbana num mundo globalizado e pouco tem auxiliado na necessária transformação dos padrões de consumo nas comunidades locais. Face a incerteza inerente dos sistemas sociais, a complexidade vem sendo, progressivamente, reconhecida como a expressão paradigmática dessa realidade. Neste trabalho, desenvolve-se o conceito de sistema de resíduos sólidos sob a perspectiva de um sistema complexo, assim como caracteriza-se a dinâmica das suas interações. A partir dessa concepção teórica, discute-se a busca da sustentabilidade por meio do gerenciamento de resíduos e as formas de complexificar a sua metodologia de atuação, na qual a cobrança da coleta de resíduos domiciliares é identificada como um importante instrumento neste processo. Propõe-se um modelo de cobrança desses serviços cuja viabilidade é verificada na simulação feita para o município de Santo André-SP. Levanta-se, ainda, dados sobre as formas de cobrança existentes em diversos municípios e a situação dos serviços de limpeza urbana no Brasil. Conclui-se que o gerenciamento de resíduos sólidos deve ser executado no âmbito de uma política pública local para o setor e que o modelo de cobrança proposto tem maior aplicabilidade em cidades de médio a grande porte.

Mitigação de falhas críticas em sistemas produtivos.

O cenário competitivo e globalizado em que as empresas estão inseridas, sobretudo a partir do século XXI, associados a ciclos de vida cada vez menores dos produtos, rigorosos requisitos de qualidade, além de políticas de preservação do meio ambiente, com redução de consumo energético e de recursos hídricos, somadas às exigências legais de melhores condições de trabalho, resultaram em uma quebra de paradigma nos processos produtivos até então concebidos. Como solução a este novo cenário produtivo pode-se citar o extenso uso da automação industrial, fato que resultou em sistemas cada vez mais complexos, tanto do ponto de vista estrutural, em função do elevado número de componentes, quanto da complexidade dos sistemas de controle. A previsibilidade de todos os estados possíveis do sistema torna-se praticamente impossível. Dentre os estados possíveis pode-se citar os estados de falha que, dependendo da severidade do efeito associado à sua ocorrência, podem resultar em sérios danos para o homem, o meio ambiente e às próprias instalações, caso não sejam corretamente diagnosticados e tratados. Fatos recentes de catástrofes relacionadas à sistemas produtivos revelam a necessidade de se implementar medidas para prevenir e para mitigar os efeitos da ocorrência de falhas, com o objetivo de se evitar a ocorrência de catástrofes. De acordo com especialistas, os Sistemas Instrumentados de Segurança SIS, referenciados em normas como a IEC 61508 e IEC 61511, são uma solução para este tipo de problema. Trabalhos publicados tratam de métodos para a implementação de camadas SIS de prevenção, porém com escassez de trabalhos para camadas SIS de mitigação. Em função do desconhecimento da dinâmica do sistema em estado de falha, técnicas tradicionais de modelagem tornam-se inviáveis. Neste caso, o uso de inteligência artificial, como por exemplo a lógica fuzzy, pode se tornar uma solução para o desenvolvimento do algoritmo de controle, associadas a ferramentas de edição, modelagem e geração dos códigos de controle. A proposta deste trabalho é apresentar uma sistemática para a implementação de um sistema de controle para a mitigação de falhas críticas em sistemas produtivos, com referência às normas IEC 61508/61511, com ação antecipativa à ocorrência de catástrofes.

Some examples of modeling in chemical engineering: thermal treatment of polymers, phase equilibrium calculations and process design

Presentation submitted to PSE Seminar, Chemical Engineering Department, Center for Advanced Process Design-making (CAPD), Carnegie Mellon University, Pittsburgh (USA), October 2012.

Data analysis using circular causality in networks

Complex systems in causal relationships are known to be circular rather than linear; this means that a particular result is not produced by a single cause, but rather that both positive and negative feedback processes are involved. However, although interpreting systemic interrelationships requires a language formed by circles, this has only been developed at the diagram level, and not from an axiomatic point of view. The first difficulty encountered when analysing any complex system is that usually the only data available relate to the various variables, so the first objective was to transform these data into cause-and-effect relationships. Once this initial step was taken, our discrete chaos theory could be applied by finding the causal circles that will form part of the system attractor and allow their behavior to be interpreted. As an application of the technique presented, we analyzed the system associated with the transcription factors of inflammatory diseases.

Diversity for Texts Builds in Language L(MT) II: Indexes Based in Abundances

One saw previously that indications of diversity IT and the one of Shannon permits to characterize globally by only one number one fundamental aspects of the text structure. However a more precise knowledge of this structure requires specific abundance distributions and the use, to represent this one, of a suitable mathematical model. Among the numerous models that would be either susceptible to be proposed, the only one that present a real convenient interest are simplest. One will limit itself to study applied three of it to the language L(MT): the log-linear, the log-normal and Mac Arthur's models very used for the calculation of the diversity of the species of ecosystems, and used, we believe that for the first time, in the calculation of the diversity of a text written in a certain language, in our case L(MT). One will show advantages and inconveniences of each of these model types, methods permitting to adjust them to text data and in short tests that permit to decide if this adjustment is acceptable.

Total organic carbon in surface sediments of the Ob and Yenisei estuaries and adjacent coastal areas, appendix 1

Two main mechanisms are controlling the accumulation of organic matter in the sediments of the Kara Sea. The large rivers Ob and Yenisei supply significant quantities of freshwater onto the shelf (Lisitsyn and Vinogradov, 1995; Bobrovitskaya et al., 1996; Johnson et al., 1997) and deliver terrigenous organie matter and aquatic algae. Additionally, marine organic matter is produced in the water column. In order to distinguish between the different sources of the organic material maceral analysis, organic-geochemical bulk Parameters and biomarkers (short- and long-chain D-alkanes, fatty acids and pigments) were used to determine the quality (marine vs. terrigenous) and quantity of the organic carbon fraction in the surface sediments taken during the 28th cruise of RV Akademik Boris Petrov (Matthiessen and Stepanets, 1998) (Fig. 1). Previous organic-geochemical investigations (i.e., total organic-carbon content (TOC), hydrogen indices (Hl), CIN-ratios) indicate the importance of terrigenous input of organic matter (Galimov et al., 1996; Stein, 1996). Studies of lipid biomarkers in surface sediments in the Ob estuary show also a predominance of terrestrial constituents and an increase in planktonogenic and bacterial lipids further offshore (Belyaeva and Eglinton, 1997). In complex systems such as the Eurasian continental margin characterized by high input of terrestriallaquatic organic matter and strong seasonal variation in sea-ice Cover and primary productivity, the Interpretation of the organic geochemical data is much more complicated and restricted in comparison to similar data Sets from low-latitude open-ocean environments (Fahl and Stein, 1998). Microscopical studies (maceral analysisl palynology), however, allow a direct visual inspection of the particulate organic matter and allow to differentiate particles of different biological sources. Thus, a combination of both methods as shown in this study, yields a more precise identification of organic-carbon sources.