On Variable Selection of a Nonlinear Non-parametric System with a Limited Data Set: A Stepwise Algorithm

his paper considers a problem of identification for a high dimensional nonlinear non-parametric system when only a limited data set is available. The algorithms are proposed for this purpose which exploit the relationship between the input variables and the output and further the inter-dependence of input variables so that the importance of the input variables can be established. A key to these algorithms is the non-parametric two stage input selection algorithm.

Generation of cluster states in optomechanical quantum systems

We consider an optomechanical quantum system composed of a single cavity mode interacting with N mechanical resonators. We propose a scheme for generating continuous-variable graph states of arbitrary size and shape, including the so-called cluster states for universal quantum computation. The main feature of this scheme is that, differently from previous approaches, the graph states are hosted in the mechanical degrees of freedom rather than in the radiative ones. Specifically, via a 2N-tone drive, we engineer a linear Hamiltonian which is instrumental to dissipatively drive the system to the desired target state. The robustness of this scheme is assessed against finite interaction times and mechanical noise, confirming it as a valuable approach towards quantum state engineering for continuous-variable computation in a solid-state platform.

"Things I did not know”: Retrospectives on a Canadian rural male youth suicide using an instrumental photo voice case study

In Canada, it is young rural based men who are at the greatest risk for suicide. While there is no consensus on the reasons for this, evidence points to contextual social factors including isolation, lack of confidential services and pressure to uphold restrictive norms of rural masculinity. In this article we share findings drawn from an instrumental photo voice case study to distil factors contributing to the suicide of a young Canadian rural based man. Integrating photo voice methods and in-depth qualitative we conducted interviews with 7 family members and close friends of the deceased. The interviews and image data were analyzed using constant comparative methods to discern themes related to participants’ reflections on and perceptions about rural male suicide. Three inductively derived themes, “Missing the signs”, “Living up to his public image” and “Down in Rural Canada ” reflect the challenges that survivors and young rural men can experience in attempting to be comply with restrictive dominant ideals of masculinity. We conclude that community based suicide prevention efforts would benefit from gender-sensitive and place specific approaches to advancing men’s mental health by making tangibly available and affirming an array of masculinities to foster the well-being of young rural based men.

Investigating the Implications of a Variable RBE on Proton Dose Fractionation Across a Clinical Pencil Beam Scanned Spread-Out Bragg Peak

Purpose: To investigate the clinical implications of a variable relative biological effectiveness (RBE) on proton dose fractionation. Using acute exposures, the current clinical adoption of a generic, constant cell killing RBE has been shown to underestimate the effect of the sharp increase in linear energy transfer (LET) in the distal regions of the spread-out Bragg peak (SOBP). However, experimental data for the impact of dose fractionation in such scenarios are still limited.

Methods and Materials: Human fibroblasts (AG01522) at 4 key depth positions on a clinical SOBP of maximum energy 219.65 MeV were subjected to various fractionation regimens with an interfraction period of 24 hours at Proton Therapy Center in Prague, Czech Republic. Cell killing RBE variations were measured using standard clonogenic assays and were further validated using Monte Carlo simulations and parameterized using a linear quadratic formalism.

Results: Significant variations in the cell killing RBE for fractionated exposures along the proton dose profile were observed. RBE increased sharply toward the distal position, corresponding to a reduction in cell sparing effectiveness of fractionated proton exposures at higher LET. The effect was more pronounced at smaller doses per fraction. Experimental survival fractions were adequately predicted using a linear quadratic formalism assuming full repair between fractions. Data were also used to validate a parameterized variable RBE model based on linear α parameter response with LET that showed considerable deviations from clinically predicted isoeffective fractionation regimens.

Conclusions: The RBE-weighted absorbed dose calculated using the clinically adopted generic RBE of 1.1 significantly underestimates the biological effective dose from variable RBE, particularly in fractionation regimens with low doses per fraction. Coupled with an increase in effective range in fractionated exposures, our study provides an RBE dataset that can be used by the modeling community for the optimization of fractionated proton therapy.

Towards the 2021 UK Census imputation strategy: Response mode as a matching variable in a donor-based approach?

Since July 2014, the Office for National Statistics has committed to a predominantly online 2021 UK Census. Item-level imputation will play an important role in adjusting the 2021 Census database. Research indicates that the internet may yield cleaner data than paper based capture and attract people with particular characteristics. Here, we provide preliminary results from research directed at understanding how we might manage these features in a 2021 UK Census imputation strategy. Our findings suggest that if using a donor-based imputation method, it may need to consider including response mode as a matching variable in the underlying imputation model.

Variable Window Power Spectral Density Attack

Side channel attacks permit the recovery of the secret key held within a cryptographic device. This paper presents a new EM attack in the frequency domain, using a power spectral density analysis that permits the use of variable spectral window widths for each trace of the data set and demonstrates how this attack can therefore overcome both inter-and intra-round random insertion type countermeasures. We also propose a novel re-alignment method exploiting the minimal power markers exhibited by electromagnetic emanations. The technique can be used for the extraction and re-alignment of round data in the time domain.

Actividade física e autonomia instrumental das pessoas idosas

Pretende-se perceber se existe uma relação entre o nível regular de actividade física praticado pelas pessoas idosas e a sua autonomia instrumental. Desenvolveu-se um estudo descritivo, correlacional e transversal, no ano 2010, com amostra intencional constituída por 100 indivíduos com idade igual ou superior a 60 anos, de ambos sexos. A colheita de dados foi efectuada em dois ginásios e dois centros de dia localizados na cidade de Lisboa, e foram utilizados como instrumentos a Escala de Actividades Instrumentais de Vida Diária de Lawton e Brody e o International Physical Activity Questionnaire. Obteve-se uma média de idades de 76 anos, sendo 78% dos inquiridos do sexo feminino. Inseriram-se 30% na categoria de actividade física “ligeira”, 45% na “moderada” e 25% na “vigorosa”. Relativamente à autonomia instrumental, a maioria era moderadamente dependente. Verificou-se que o grau de autonomia instrumental dos idosos aumenta com o incremento da actividade física praticada (ρS=0.815; p-value<0.001); Abstract: This work seeks to realize if there is a relationship between the level of regular physical activity practiced by elderly persons and its instrumental autonomy. A descriptive, related and transversal study was developed in the year 2010, with an intentional sample consisting of 100 individuals, aged 60 years or above, of both genders. The data collection was carried out in two gymnasiums and two day care centers located in the city of Lisbon, and were used the Lawton and Brody’s Instrumental Activities of Daily Living Scale and the International Physical Activity Questionnaire. A mean age of 76 years was obtained and 78% of the respondents were female. 30% were classified as having a "low" physical activity level, 45% as "moderate" and 25% as "high". Regarding instrumental autonomy, most were moderately dependent. It was verified that the degree of instrumental autonomy of the elderly increases with increased physical activity (ρS=0.815; p-value<0.001).

Interacção entre estruturas intervalares e estruturas espectrais, na música instrumental/vocal

A presente tese apresenta-se num formato bipartido, sendo a primeira parte uma investigação teórica e a segunda parte um conjunto de composições originais que procuram estabelecer, directa e indirectamente, uma relação com a temática investigada. A investigação incide sobre as diferentes relações que se podem estabelecer entre estruturas intervalares e estruturas espectrais, a partir de um conjunto representativo de obras de diferentes compositores. As obras originais da segunda parte configuram um objecto final de análise e reflexão. As composições que integram a segunda parte da tese são: Inês – sete miniaturas sobre A Castro, para soprano e orquestra, sobre excertos de “Castro”, de António Ferreira; Um sino contra o tempo, para flauta, clarinete, percussão e piano; Terra, para orquestra de cordas; Dor e Amor, para voz, flauta, clarinete, percussão, harpa, piano, violino, viola e violoncelo, sobre poemas de Nuno Júdice; e Ode a Gaia, para soprano solo, coro misto e electrónica, a partir de textos de diversos autores e épocas, desde Homero a Fernando Pessoa. Esta investigação surge a partir da convicção de que é possível e enriquecedor para a composição a coexistência e o estabelecimento de uma relação entre estruturas que valorizam as qualidades dos intervalos que as constituem e estruturas de tipo espectral. Se o pensamento intervalar pode ser relacionado com princípios de estruturação ligados a toda uma tradição musical, desde a música modal, à tonal e à atonal, o pensamento espectral relaciona-se com o estudo do fenómeno sonoro e do timbre e é integrado mais tardiamente no séc. XX como um possível modelo estruturante na composição. A investigação sobre as obras seleccionadas, sobretudo de compositores que colocam o fenómeno da percepção num plano central, procura diferentes interacções entre os dois tipos de estrutura, interrogando-se sobre em que medida é que essa interacção influencia ou é mesmo determinante para o resultado musical final. São analisadas diferentes aplicações, tais como: a procura de qualidades acústicas na criação de estruturas intervalares, a criação de timbres particulares para linhas estruturantes, a manipulação tímbrica de estruturas verticais, a inter-relação de camadas intervalares e espectrais na textura musical de forma sincrónica e diacrónica, e o surgimento de material intervalar a partir de estruturas espectrais. Os principais resultados passam pela confirmação de que o pensamento intervalar é compatível com o pensamento espectral e vice-versa, podendo-se concluir que são essenciais diferentes funções para os dois tipos de estrutura na textura musical e que quer as estruturas intervalares quer as espectrais se relacionam com diferentes aspectos da percepção, tendo, assim, uma influência determinante no resultado musical final, na eficácia da escuta e na sua fruição.

Characterisation of gas and particle emissions from wildfires

Os incêndios florestais são uma importante fonte de emissão de compostos gasosos e de aerossóis. Em Portugal, onde a maioria dos incêndios ocorre no norte e centro do país, os incêndios destroem todos os anos milhares de hectares, com importantes perdas em termos económicos, de vidas humanas e qualidade ambiental. As emissões podem alterar consideravelmente a química da atmosfera, degradar a qualidade do ar e alterar o clima. Contudo, a informação sobre as caraterísticas das emissões dos incêndios florestais nos países do Mediterrâneo é limitada. Tanto a nível nacional como internacional, existe um interesse crescente na elaboração de inventários de emissões e de regulamentos sobre as emissões de carbono para a atmosfera. Do ponto de vista atmosférico da monitorização atmosférica, os incêndios são considerados um desafio, dada a sua variabilidade temporal e espacial, sendo de esperar um aumento da sua frequência, dimensão e severidade, e também porque as estimativas de emissões dependem das caraterísticas dos biocombustíveis e da fase de combustão. O objetivo deste estudo foi quantificar e caraterizar as emissões de gases e aerossóis de alguns dos mais representativos incêndios florestais que ocorreram no centro de Portugal nos verões de 2009 e de 2010. Efetuou-se a colheita de amostras de gases e de duas frações de partículas (PM2.5 e PM2.5-10) nas plumas de fumo em sacos Tedlar e em filtros de quartzo acoplados a um amostrador de elevado volume, respetivamente. Os hidrocarbonetos totais (THC) e óxidos de carbono (CO e CO2) nas amostras gasosas foram analisados em instrumentos automáticos de ionização de chama e detetores não dispersivos de infravermelhos, respetivamente. Para algumas amostras, foram também quantificados alguns compostos de carbonilo após reamostragem do gás dos sacos Tedlar em cartuchos de sílica gel revestidos com 2,4-dinitrofenilhidrazina (DNPH), seguida de análise por cromatografia líquida de alta resolução. Nas partículas, analisou-se o carbono orgânico e elementar (técnica termo-óptica), iões solúveis em água (cromatografia iónica) e elementos (espectrometria de massa com plasma acoplado por indução ou análise instrumental por ativação com neutrões). A especiação orgânica foi obtida por cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massa após extração com recurso a vários solventes e separação dos extratos orgânicos em diversas classes de diferentes polaridades através do fracionamento com sílica gel. Os fatores de emissão do CO e do CO2 situaram-se nas gamas 52-482 e 822-1690 g kg-1 (base seca), mostrando, respetivamente, correlação negativa e positiva com a eficiência de combustão. Os fatores de emissão dos THC apresentaram valores mais elevados durante a fase de combustão latente sem chama, oscilando entre 0.33 e 334 g kg-1 (base seca). O composto orgânico volátil oxigenado mais abundante foi o acetaldeído com fatores de emissão que variaram desde 1.0 até 3.2 g kg-1 (base seca), seguido pelo formaldeído e o propionaldeído. Observou-se que as emissões destes compostos são promovidas durante a fase de combustão latente sem chama. Os fatores de emissão de PM2.5 e PM10 registaram valores entre 0.50-68 e 0.86-72 g kg-1 (base seca), respetivamente. A emissão de partículas finas e grosseiras é também promovida em condições de combustão lenta. As PM2.5 representaram cerca de 90% da massa de partículas PM10. A fração carbonosa das partículas amostradas em qualquer dos incêndios foi claramente dominada pelo carbono orgânico. Foi obtida uma ampla gama de rácios entre o carbono orgânico e o carbono elementar, dependendo das condições de combustão. Contudo, todos os rácios refletiram uma maior proporção de carbono orgânico em relação ao carbono elementar, típica das emissões de queima de biomassa. Os iões solúveis em água obtidos nas partículas da pluma de fumo contribuíram com valores até 3.9% da massa de partículas PM2.5 e 2.8% da massa de partículas de PM2.5-10. O potássio contribuiu com valores até 15 g mg-1 PM2.5 e 22 g mg-1 PM2.5-10, embora em massa absoluta estivesse maioritariamente presente nas partículas finas. Os rácios entre potássio e carbono elementar e entre potássio e carbono orgânico obtidos nas partículas da pluma de fumo enquadram-se na gama de valores relatados na literatura para emissões de queima de biomassa. Os elementos detetados nas amostras representaram, em média, valores até 1.2% e 12% da massa de PM2.5 e PM2.5-10, respetivamente. Partículas resultantes de uma combustão mais completa (valores elevados de CO2 e baixos de CO) foram caraterizadas por um elevado teor de constituintes inorgânicos e um menor conteúdo de matéria orgânica. Observou-se que a matéria orgânica particulada é composta principalmente por componentes fenólicos e produtos derivados, séries de compostos homólogos (alcanos, alcenos, ácidos alcanóicos e alcanóis), açúcares, biomarcadores esteróides e terpenóides, e hidrocarbonetos aromáticos policíclicos. O reteno, um biomarcador das emissões da queima de coníferas, foi o hidrocarboneto aromático dominante nas amostras das plumas de fumo amostradas durante a campanha que decorreu em 2009, devido ao predomínio de amostras colhidas em incêndios em florestas de pinheiros. O principal açúcar anidro, e sempre um dos compostos mais abundantes, foi o levoglucosano. O rácio levoglucosano/OC obtido nas partículas das plumas de fumo, em média, registaram valores desde 5.8 a 23 mg g-1 OC. Os rácios levoglucosano/manosano e levoglucosano/(manosano+galactosano) revelaram o predomínio de amostras provenientes da queima de coníferas. Tendo em conta que a estimativa das emissões dos incêndios florestais requer um conhecimento de fatores de emissão apropriados para cada biocombustível, a base de dados abrangente obtida neste estudo é potencialmente útil para atualizar os inventários de emissões. Tem vindo a ser observado que a fase de combustão latente sem chama, a qual pode ocorrer simultaneamente com a fase de chama e durar várias horas ou dias, pode contribuir para uma quantidade considerável de poluentes atmosféricos, pelo que os fatores de emissão correspondentes devem ser considerados no cálculo das emissões globais de incêndios florestais. Devido à falta de informação detalhada sobre perfis químicos de emissão, a base de dados obtida neste estudo pode também ser útil para a aplicação de modelos no recetor no sul da Europa.

A importância da prática de orquestra no ensino especializado da música : implicações no âmbito da motivação para a aprendizagem instrumental

A ideia inicial para esta investigação era estudar o efeito da prática de orquestra na motivação intrínseca dos alunos, nomeadamente as repercussões no estudo individual do instrumento. Foram realizados dois estudos no contexto da investigação: um primeiro estudo de natureza exploratória, no qual foram entrevistados 15 professores e 15 alunos; um segundo estudo, de natureza descritiva e explanatória, no qual se administraram 274 questionários a alunos de 9 classes de orquestra em 4 escolas do ensino especializado da música, assistiu-se a um ensaio de cada uma das orquestras e realizou-se uma entrevista informal ao professor de cada classe de orquestra. Os resultados obtidos indicam que a prática orquestral pode produzir efeitos na motivação dos alunos, com implicações claras no estudo do instrumento. Também foi possível concluir que a participação dos alunos em orquestra poderá ser um fator capaz de motivar os alunos, e capaz de transformar para melhor a perspetiva dos alunos em relação à aprendizagem musical. Este facto sugere que a prática de orquestra deve ser entendida como um pilar fundamental da dinâmica das escolas do ensino especializado da música, e como uma disciplina nuclear do curriculum deste ensino.

Spiking neural network connectivity and its potential for temporal sensory processing and variable binding

The most biologically-inspired artificial neurons are those of the third generation, and are termed spiking neurons, as individual pulses or spikes are the means by which stimuli are communicated. In essence, a spike is a short-term change in electrical potential and is the basis of communication between biological neurons. Unlike previous generations of artificial neurons, spiking neurons operate in the temporal domain, and exploit time as a resource in their computation. In 1952, Alan Lloyd Hodgkin and Andrew Huxley produced the first model of a spiking neuron; their model describes the complex electro-chemical process that enables spikes to propagate through, and hence be communicated by, spiking neurons. Since this time, improvements in experimental procedures in neurobiology, particularly with in vivo experiments, have provided an increasingly more complex understanding of biological neurons. For example, it is now well-understood that the propagation of spikes between neurons requires neurotransmitter, which is typically of limited supply. When the supply is exhausted neurons become unresponsive. The morphology of neurons, number of receptor sites, amongst many other factors, means that neurons consume the supply of neurotransmitter at different rates. This in turn produces variations over time in the responsiveness of neurons, yielding various computational capabilities. Such improvements in the understanding of the biological neuron have culminated in a wide range of different neuron models, ranging from the computationally efficient to the biologically realistic. These models enable the modeling of neural circuits found in the brain.

Spiking Neural Network Connectivity and its Potential for Temporal Sensory Processing and Variable Binding

The most biologically-inspired artificial neurons are those of the third generation, and are termed spiking neurons, as individual pulses or spikes are the means by which stimuli are communicated. In essence, a spike is a short-term change in electrical potential and is the basis of communication between biological neurons. Unlike previous generations of artificial neurons, spiking neurons operate in the temporal domain, and exploit time as a resource in their computation. In 1952, Alan Lloyd Hodgkin and Andrew Huxley produced the first model of a spiking neuron; their model describes the complex electro-chemical process that enables spikes to propagate through, and hence be communicated by, spiking neurons. Since this time, improvements in experimental procedures in neurobiology, particularly with in vivo experiments, have provided an increasingly more complex understanding of biological neurons. For example, it is now well understood that the propagation of spikes between neurons requires neurotransmitter, which is typically of limited supply. When the supply is exhausted neurons become unresponsive. The morphology of neurons, number of receptor sites, amongst many other factors, means that neurons consume the supply of neurotransmitter at different rates. This in turn produces variations over time in the responsiveness of neurons, yielding various computational capabilities. Such improvements in the understanding of the biological neuron have culminated in a wide range of different neuron models, ranging from the computationally efficient to the biologically realistic. These models enable the modelling of neural circuits found in the brain. In recent years, much of the focus in neuron modelling has moved to the study of the connectivity of spiking neural networks. Spiking neural networks provide a vehicle to understand from a computational perspective, aspects of the brain’s neural circuitry. This understanding can then be used to tackle some of the historically intractable issues with artificial neurons, such as scalability and lack of variable binding. Current knowledge of feed-forward, lateral, and recurrent connectivity of spiking neurons, and the interplay between excitatory and inhibitory neurons is beginning to shed light on these issues, by improved understanding of the temporal processing capabilities and synchronous behaviour of biological neurons. This research topic aims to amalgamate current research aimed at tackling these phenomena.

Ocean bottom seismic noise : applications for the crust knowledge, interaction ocean-atmosphere and instrumental behaviour

Tese de doutoramento, Ciências Geofísicas e da Geoinformação (Geofisíca), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2014

Narrow-band variable center frequency single-loop and multistage sigma-delta modulators for bandpass signals

Oversampled narrow-band single-loop and multistage resonator-based bandpass sigma-delta (Σ-Δ) modulators that can accommodate different passband center to sampling frequency ratios are reported. These tunable bandpass configurations are designed by analytically determining and subsequently verifying through detailed empirical simulations the required compensation hardware to deliver enhanced noise-shaping. It is demonstrated that comparatively superior in-band signal-to-noise ratios and dynamic ranges are attributed to the inclusion of appropriate digital feedforward and feedback compensators within these structures.

Variable centre frequency resonator based bandpass Σ-Δ modulator

A novel resonator-based bandpass Σ-Δ modulator with an in-built variable centre frequency feature is presented. This structure is designed by analytically determining and subsequently verifying through behavioural level simulations the necessary compensation hardware to be placed in the feedback to ensure stability and good dynamic range performance.