Web didáctica para la aproximación de funciones mediante redes neuronales

In this article we presents a project [1] developed to demonstrate the capability that Multi-Layer Perceptrons (MLP) have to approximate non-linear functions [2]. The simulation has been implemented in Java to be used in all the computers by Internet [3], with a simple operation and pleasant interface. The power of the simulations is in the possibility of the user of seeing the evolutions of the approaches, the contribution of each neuron, the control of the different parameters, etc. In addition, to guide the user during the simulation, an online help has been implemented.

Sexual dimorphism in cancer.

The incidence of many types of cancer arising in organs with non-reproductive functions is significantly higher in male populations than in female populations, with associated differences in survival. Occupational and/or behavioural factors are well-known underlying determinants. However, cellular and molecular differences between the two sexes are also likely to be important. In this Opinion article, we focus on the complex interplay that sex hormones and sex chromosomes can have in intrinsic control of cancer-initiating cell populations, the tumour microenvironment and systemic determinants of cancer development, such as the immune system and metabolism. A better appreciation of these differences between the two sexes could be of substantial value for cancer prevention as well as treatment.

Air pollution and neonatal deaths in São Paulo, Brazil

Air pollution has been associated with health effects on different age groups. The present study was designed to assess the impact of daily changes in air pollutants (NO2, SO2, CO, O3, and particle matter (PM10)) on total number of daily neonatal deaths (those that occur between the first and the 28th days of life) in São Paulo, from January 1998 to December 2000, since adverse outcomes such as neonatal deaths associated with air pollution in Brazil have not been evaluated before. Generalized additive Poisson regression models were used and nonparametric smooth functions (loess) were adopted to control long-term trend, temperature, humidity, and short-term trends. A linear term was used for holidays. The association between air pollutants and neonatal deaths showed a short time lag. Interquartile range increases in PM10 (23.3 µg/m³) and SO2 (9.2 µg/m³) were associated with increases of 4% (95% CI, 2-6) and 6% (95% CI, 4-8), respectively. Instead of adopting a two-pollutant model we created an index to represent PM10 and SO2 effects. For an interquartile range increase in the index an increase of 6.3% (95% CI, 6.1-6.5) in neonatal deaths was observed. These results agree with previous studies performed by our group showing the deleterious effects of air pollutants during the perinatal period. The method reported here represents an alternative approach to analyze the relationship between highly correlated pollutants and public health problems, reinforcing the idea of the synergic effects of air pollutants in public health.

Effect of air pollution on pediatric respiratory emergency room visits and hospital admissions

In order to assess the effect of air pollution on pediatric respiratory morbidity, we carried out a time series study using daily levels of PM10, SO2, NO2, ozone, and CO and daily numbers of pediatric respiratory emergency room visits and hospital admissions at the Children's Institute of the University of São Paulo Medical School, from August 1996 to August 1997. In this period there were 43,635 hospital emergency room visits, 4534 of which were due to lower respiratory tract disease. The total number of hospital admissions was 6785, 1021 of which were due to lower respiratory tract infectious and/or obstructive diseases. The three health end-points under investigation were the daily number of emergency room visits due to lower respiratory tract diseases, hospital admissions due to pneumonia, and hospital admissions due to asthma or bronchiolitis. Generalized additive Poisson regression models were fitted, controlling for smooth functions of time, temperature and humidity, and an indicator of weekdays. NO2 was positively associated with all outcomes. Interquartile range increases (65.04 µg/m³) in NO2 moving averages were associated with an 18.4% increase (95% confidence interval, 95% CI = 12.5-24.3) in emergency room visits due to lower respiratory tract diseases (4-day moving average), a 17.6% increase (95% CI = 3.3-32.7) in hospital admissions due to pneumonia or bronchopneumonia (3-day moving average), and a 31.4% increase (95% CI = 7.2-55.7) in hospital admissions due to asthma or bronchiolitis (2-day moving average). The study showed that air pollution considerably affects children's respiratory morbidity, deserving attention from the health authorities.

Caractérisation de la MAP kinase atypique Erk4 : activation et fonction physiologique

Les MAP kinases sont des enzymes essentielles impliquées dans 7 voies de signalisation distinctes qui permettent à la cellule de répondre de manière adéquate aux stimuli extra-cellulaires. Chez les mammifères, les MAP kinases les mieux caractérisées sont Erk1/2, Jnk, p38 et Erk5. Ces enzymes jouent un rôle important dans l’embryogenèse, la prolifération et la différenciation cellulaire ainsi que dans la réponse au stress. Erk4 est un membre atypique de la famille MAP kinase. D’une part, la boucle d’activation de Erk4 possède un motif SEG au lieu du motif TXY, très conservé chez les MAP kinases. D’autre part, Erk4 possède une extension en C-terminal du domaine kinase qui n’est pas présente chez les MAP kinases classiques. Jusqu’à présent aucune fonction n’a été attribuée à Erk4. De plus, la voie de signalisation ainsi que le mode de régulation conduisant à l’activation de Erk4 ne sont pas connus. Le seul substrat de Erk4 identifié jusqu’à maintenant est la MAPKAP kinase MK5. L’impact fonctionnel de cette interaction n’est également pas connu. Afin d’en apprendre davantage sur la MAP kinase atypique Erk4, nous avons étudié le mécanisme d’activation de cette kinase ainsi que sa fonction physiologique par une approche de délétion génique chez la souris. En ce qui concerne l’activation de Erk4, nous avons montré que la boucle d’activation de Erk4 (S186EG) est constitutivement phosphorylée in vivo et que cette phosphorylation n’est pas modulée par les stimuli classiques des MAP kinases dont le sérum et le sorbitol. Cependant, nous avons observé que la phosphorylation de la S186 augmente en présence de MK5 et que cette augmentation est indépendante de l’activité kinase de l’une ou l’autre de ces kinases. De plus, nous avons établi que la phosphorylation de la boucle d’activation de Erk4 est requise pour l’interaction stable entre Erk4 et MK5 ainsi que pour l’activation, et la relocalisation cytoplasmique de MK5. Ainsi, notre étude a permis de révéler que Erk4 est régulée de manière différente des MAP kinases classiques et que la phosphorylation de la boucle d’activation de Erk4 joue un rôle essentiel dans la régulation de l’activité de MK5. Parallèlement, nos résultats mettent en évidence l’existence d’une “Erk4 kinase”, dont le recrutement et/ou l’activation semble être facilité par MK5. Afin identifier la fonction physiologique de Erk4, nous avons généré des souris Erk4-déficientes. L’inactivation génique de Erk4 est viable et les souris ne présentent aucune anomalie apparente. Dans le but d’expliquer l’absence de phénotype, nous avons regardé si l’expression de Erk3, le paralogue de Erk4, pouvait compenser la perte de Erk4. Notre analyse a révélé que l’expression de Erk3 dans les souris Erk4-/- n’augmente pas au cours du développement embryonnaire ou dans les tissus adultes afin de compenser pour la perte de Erk4. Par la suite, nous avons adressé la question de redondance entre Erk4 et Erk3. Dans notre laboratoire, les souris Erk3-déficientes ont également été générées et le phénotype de ces souris a récemment été analysé. Cette étude a révélé que l’inactivation génique de Erk3 entraîne un retard de croissance intra-utérin, un défaut de maturation pulmonaire et la mort néo-natale des souriceaux. Nous avons donc regardé la contribution de Erk4 dans ces phénotypes. L’analyse des souris Erk4-/- a révélé que l’inactivation de Erk4 n’entraîne pas de retard de croissance ou de maturation du poumon. De plus, nous avons montré que l’inactivation additionnelle de Erk4 dans les souris Erk3-/- n’accentue pas le phénotype des souris Erk3-déficientes. Ainsi, notre étude a révélé que contrairement à Erk3, Erk4 n’est pas essentielle au développement murin dans des conditions physiologiques. Parallèlement, nous avons montré que Erk4 et Erk3 possèdent des fonctions non-redondantes in vivo.

Association entre les dérégulations des cellules dendritiques et les altérations des lymphocytes B présentes chez les patients infectés par le VIH

La dérégulation du compartiment B est une conséquence importante de l’infection par le virus de l’immunodéficience humaine (VIH), qui peut mener à des manifestations autoimmunes et ultimement à des lymphomes B. Parmi les premières anomalies détectées, on dénote l’activation polyclonale, reflétée par la présence d’hyperglobulinémie (hyper-Ig) et des titres élevés d’autoanticorps chez les patients. On observe également une altération des dynamiques des populations, notamment une expansion de la population des cellules matures activées. De plus, les patients évoluent vers l’incapacité de générer une réponse humorale efficace, et sont sujets à une perte de la mémoire immunologique en phase chronique, caractérisée par une diminution de la population des cellules mémoires et par l’épuisement cellulaire. Toutefois, on connaît très peu les mécanismes impliqués dans de telles altérations. Les cellules dendritiques (DC) sont parmi les premières populations cellulaires à rencontrer et à propager le VIH lors d’une infection, et s’en trouvent affectées directement et indirectement, par le virus et ses composantes. On retrouve en effet une diminution des fréquences de DC dans le sang, les muqueuses et les organes lymphoïdes de patients infectés par le VIH, ainsi qu’un blocage au niveau de la maturation cellulaire. Toutefois, un débat perdure quant à l’apparition de ces altérations durant la phase aigüe de l’infection, et à la restauration des fréquences et des fonctions des DC chez les patients sous traitement. Cette controverse est due à la rareté des études longitudinales incluant des suivis qui s’échelonnent de la phase aigüe à la phase chronique de l’infection. Les DC jouent un rôle important dans le développement, la survie et l’activation des lymphocytes B, de façon T-dépendante et T-indépendante, notamment via des facteurs de croissance tel que BLyS (B lymphocyte stimulator). Par conséquent, nous formulons l’hypothèse que dans le cadre d’une infection VIH, les altérations observées au niveau des cellules B sont modulées par les DC. L’objectif majeur de cette étude est donc d’évaluer l’implication potentielle des DC dans les altérations des cellules B au cours de l’infection par le VIH. Pour ce faire, nous avons d’abord caractérisé de façon longitudinale le statut des populations de DC du sang périphérique de patients infectés au VIH et présentant différents types de progression de la maladie. Cela nous a permis d’évaluer la présence d’une corrélation entre les dynamiques de DC et le type de progression. Par la suite, nous avons évalué la capacité des DC à exprimer BLyS, puis mesuré sa concentration ainsi que celles d’autres facteurs de croissance des cellules B dans le plasma des patients. Enfin, nous avons caractérisé le statut des lymphocytes B, en fonction du stade de l’infection et du taux de progression clinique des patients. Cette étude démontre une diminution de la fréquence des populations de DC myéloïdes (mDC) dans le sang de patients infectés par le VIH sujets à une progression clinique. Cette diminution est observée dès le stade aigu de l’infection et au-delà du traitement antirétroviral (ART). Des concentrations élevées de MCP-1 (monocyte chemotactic protein), MIP (macrophage inflammatory protein) -3α et MIP-3β suggèrent la possibilité d’un drainage vers des sites périphériques. Nous observons également des niveaux supérieurs à la normale de précurseurs CD11c+CD14+CD16- en phase chronique, possiblement liés à une tendence de régénération des DC. Les patients en phase chronique présentent de hautes concentrations plasmatiques de BLyS, reflétée par un haut taux d’expression de cette cytokine par les mDC et leurs précurseurs. Parallèlement, nous observons une expansion des cellules B matures activées ainsi que des taux élevés d’IgG et IgA dans le sang de ces patients. De plus, nous constatons l’expansion d’une population de cellules B qui présente à la fois des caractéristiques de cellules B immatures transitionnelles (TI, transitional immature), et de cellules B recirculantes activées de la zone marginale (MZ, marginal zone), considérées ici comme des «précurseurs/activées de la MZ». Cette étude démontre aussi, chez les progresseurs lents, une meilleure préservation du compartiment des DC du sang périphérique, accompagnée d’une augmentation de précurseurs des DC de phénotype CD11c+CD14+CD16+, ainsi que des concentrations plasmatiques et niveaux d’expression normaux de BLyS. Conséquemment, nous n’avons pas observé d’augmentation des cellules B matures activées et des cellules B précurseurs/activées de la MZ. Toutefois, la fréquence des cellules B matures de la MZ est diminuée, reflétant possiblement leur recrutement vers des sites périphériques et leur contribution à un mécanisme actif de contrôle de la progression de la maladie. L’ensemble de ce travail suggère que dans le cadre d’une infection au VIH, les altérations observées au niveau des DC modulent les anomalies des cellules B. Par conséquent, le maintien de l’équilibre des fonctions DC, notamment les fonctions noninflammatoires, pourrait avoir un impact important dans la prévention de la progression de maladies associées aux altérations du compartiment des cellules B.

Sensibilité cérébrale à la lumière en fonction du vieillissement et d’aspects physiologiques fonctionnels de l’œil

Outre ses effets sur le système visuel classique permettant la formation des images, la lumière agit sur plusieurs fonctions « non-visuelles ». Celles-ci incluent la constriction pupillaire, la température corporelle, la sécrétion hormonale, le cycle veille-sommeil, la vigilance et les performances cognitives. Les fonctions non-visuelles sont préférentiellement sensibles aux lumières à longueurs d’ondes courtes (lumière bleue) en comparaison aux longueurs d’ondes plus longues (lumière verte). Il est proposé que le vieillissement s’accompagne d’une diminution de la sensibilité des fonctions non-visuelles à la lumière. Cette recherche vise à évaluer les effets de l’âge sur la constriction pupillaire et la sensibilité cérébrale à la lumière lors de l’exécution de tâche cognitive. Deux groupes de sujets, 16 jeunes (18-30 ans) et 14 âgés (55-70 ans), ont suivis un protocole de pupillométrie visant à mesurer la dynamique pupillaire lors d’exposition à des lumières bleues et vertes monochromatiques de trois intensités différentes. Les résultats ont montré davantage de constriction en bleu qu’en vert et des effets plus importants suivant l’augmentation de l’intensité lumineuse. Nos résultats ne montrent cependant pas de différence d’âge sur la constriction pupillaire à la lumière suggérant la préservation de cette réponse non-visuelle. Dans un deuxième temps, les mêmes sujets ont exécuté une tâche cognitive en imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) tandis qu’ils étaient maintenus dans la noirceur, ou exposés à des lumières bleues. Les résultats ont montré une diminution des effets de la lumière avec l’âge dans le thalamus, l’amygdale, l’insula et l’aire ventrale tegmentale, régions engagées dans la vigilance, l’attention et les processus émotionnels. Les modifications qui s’opèrent sur les différentes fonctions non-visuelles avec l’âge ne semblent pas homogènes. Ces résultats corroborent les évidences animales qui montrent différents seuils de sensibilités à la lumière et la présence de réseaux neuronaux partiellement indépendants pour les diverses réponses non-visuelles. De plus, ils sont les premiers à démontrer que les effets neuronaux stimulants de la lumière bleue sur la cognition sont diminués avec l’âge. Les recherches devront évaluer si cette diminution de sensibilité influence les performances cognitives au cours du vieillissement. Enfin, un raffinement de nos connaissances permettra de mieux adapter l’environnement lumineux avec l’âge.

An approximation method using approximate approximations

The aim of this paper is to extend the method of approximate approximations to boundary value problems. This method was introduced by V. Maz'ya in 1991 and has been used until now for the approximation of smooth functions defined on the whole space and for the approximation of volume potentials. In the present paper we develop an approximation procedure for the solution of the interior Dirichlet problem for the Laplace equation in two dimensions using approximate approximations. The procedure is based on potential theoretical considerations in connection with a boundary integral equations method and consists of three approximation steps as follows. In a first step the unknown source density in the potential representation of the solution is replaced by approximate approximations. In a second step the decay behavior of the generating functions is used to gain a suitable approximation for the potential kernel, and in a third step Nyström's method leads to a linear algebraic system for the approximate source density. For every step a convergence analysis is established and corresponding error estimates are given.

Approximate solutions and error estimates for a Stokes boundary value problem

The aim of this paper is the numerical treatment of a boundary value problem for the system of Stokes' equations. For this we extend the method of approximate approximations to boundary value problems. This method was introduced by V. Maz'ya in 1991 and has been used until now for the approximation of smooth functions defined on the whole space and for the approximation of volume potentials. In the present paper we develop an approximation procedure for the solution of the interior Dirichlet problem for the system of Stokes' equations in two dimensions. The procedure is based on potential theoretical considerations in connection with a boundary integral equations method and consists of three approximation steps as follows. In a first step the unknown source density in the potential representation of the solution is replaced by approximate approximations. In a second step the decay behavior of the generating functions is used to gain a suitable approximation for the potential kernel, and in a third step Nyström's method leads to a linear algebraic system for the approximate source density. For every step a convergence analysis is established and corresponding error estimates are given.

Approximations to the scattering of water waves by steep topography

A new method is developed for approximating the scattering of linear surface gravity waves on water of varying quiescent depth in two dimensions. A conformal mapping of the fluid domain onto a uniform rectangular strip transforms steep and discontinuous bed profiles into relatively slowly varying, smooth functions in the transformed free-surface condition. By analogy with the mild-slope approach used extensively in unmapped domains, an approximate solution of the transformed problem is sought in the form of a modulated propagating wave which is determined by solving a second-order ordinary differential equation. This can be achieved numerically, but an analytic solution in the form of a rapidly convergent infinite series is also derived and provides simple explicit formulae for the scattered wave amplitudes. Small-amplitude and slow variations in the bedform that are excluded from the mapping procedure are incorporated in the approximation by a straightforward extension of the theory. The error incurred in using the method is established by means of a rigorous numerical investigation and it is found that remarkably accurate estimates of the scattered wave amplitudes are given for a wide range of bedforms and frequencies.

Torque in mooring chain. Part 1: Background and theory

Chain in both its forms - common (or stud-less) and stud-link - has many engineering applications. It is widely used as a component in the moorings of offshore floating systems, where its ruggedness and corrosion resistance make it an attractive choice. Chain exhibits some interesting behaviour in that when straight and subject to an axial load it does not twist or generate any torque, but if twisted or loaded when in a twisted condition it behaves in a highly non-linear manner, with the torque dependent upon the level of twist and axial load. Clearly an understanding of the way in which chains may behave and interact with other mooring components (such as wire rope, which also exhibits coupling between axial load and generated torque) when they are in service is essential. However, the sizes of chain that are in use in offshore moorings (typical bar diameters are 75 mm and greater) are too large to allow easy testing. This paper, which is in two parts, aims to address the issues and considerations relevant to torque in mooring chain. The first part introduces a frictionless theory that predicts the resultant torques and 'lift' in the links as non-dimensionalized functions of the angle of twist. Fortran code is presented in an Appendix, which allows the reader to make use of the analysis. The second part of the paper presents results from experimental work on both stud-less (41 mm) and stud-link (20.5 and 56 mm) chains. Torsional data are presented in both 'constant twist' and 'constant load' forms, as well as considering the lift between the links.

Torque in mooring chain. Part 2: Experimental investigation

Chain is a commonly used component in offshore moorings where its ruggedness and corrosion resistance make it an attractive choice. Another attractive property is that a straight chain is inherently torque balanced. Having said this, if a chain is loaded in a twisted condition, or twisted when under load, it exhibits highly non-linear torsional behaviour. The consequences of this behaviour can cause handling difficulties or may compromise the integrity of the mooring system, and care must be taken to avoid problems for both the chain and any components to which it is connected. Even with knowledge of the potential problems, there will always be occasions where, despite the utmost care, twist is unavoidable. Thus it is important for the engineer to be able to determine the effects. A frictionless theory has been developed in Part 1 of the paper that may be used to predict the resultant torques and movement or 'lift' in the links as non-dimensional functions of the angle of twist. The present part of the paper describes a series of experiments undertaken on both studless and stud-link chain to allow comparison of this theoretical model with experimental data. Results are presented for the torsional response and link lift for 'constant twist' and 'constant load' type tests on chains of three different link sizes.

A note on an integration by parts formula for the generators of uniform translations on configuration space

An integration by parts formula is derived for the first order differential operator corresponding to the action of translations on the space of locally finite simple configurations of infinitely many points on Rd. As reference measures, tempered grand canonical Gibbs measures are considered corresponding to a non-constant non-smooth intensity (one-body potential) and translation invariant potentials fulfilling the usual conditions. It is proven that such Gibbs measures fulfill the intuitive integration by parts formula if and only if the action of the translation is not broken for this particular measure. The latter is automatically fulfilled in the high temperature and low intensity regime.

Bootstrapping prediction intervals for autoregressive models

Methods of improving the coverage of Box–Jenkins prediction intervals for linear autoregressive models are explored. These methods use bootstrap techniques to allow for parameter estimation uncertainty and to reduce the small-sample bias in the estimator of the models’ parameters. In addition, we also consider a method of bias-correcting the non-linear functions of the parameter estimates that are used to generate conditional multi-step predictions.

Orthogonal packing of identical rectangles within isotropic convex regions

A mixed integer continuous nonlinear model and a solution method for the problem of orthogonally packing identical rectangles within an arbitrary convex region are introduced in the present work. The convex region is assumed to be made of an isotropic material in such a way that arbitrary rotations of the items, preserving the orthogonality constraint, are allowed. The solution method is based on a combination of branch and bound and active-set strategies for bound-constrained minimization of smooth functions. Numerical results show the reliability of the presented approach. (C) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.