Does neural input or processing play a greater role in the magnitude of neuroimaging signals?

An important constraint on how hemodynamic neuroimaging signals such as fMRI can be interpreted in terms of the underlying evoked activity is an understanding of neurovascular coupling mechanisms that actually generate hemodynamic responses. The predominant view at present is that the hemodynamic response is most correlated with synaptic input and subsequent neural processing rather than spiking output. It is still not clear whether input or processing is more important in the generation of hemodynamics responses. In order to investigate this we measured the hemodynamic and neural responses to electrical whisker pad stimuli in rat whisker barrel somatosensory cortex both before and after the local cortical injections of the GABAA agonist muscimol. Muscimol would not be expected to affect the thalamocortical input into the cortex but would inhibit subsequent intra-cortical processing. Pre-muscimol infusion whisker stimuli elicited the expected neural and accompanying hemodynamic responses to that reported previously. Following infusion of muscimol, although the temporal profile of neural responses to each pulse of the stimulus train was similar, the average response was reduced in magnitude by ∼79% compared to that elicited pre-infusion. The whisker-evoked hemodynamic responses were reduced by a commensurate magnitude suggesting that, although the neurovascular coupling relationships were similar for synaptic input as well as for cortical processing, the magnitude of the overall response is dominated by processing rather than from that produced from the thalamocortical input alone.

LMI-based algorithm for strictly positive real systems with static output feedback

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Observer-based state-feedback versus H-infinity output feedback control solved by LMI approach for applications in smart structures

This paper aims with the use of linear matrix inequalities approach (LMIs) for application in active vibration control problems in smart strutures. A robust controller for active damping in a panel was designed with piezoelectrical actuators in optimal locations for illustration of the main proposal. It was considered, in the simulations of the closed-loop, a model identified by eigensystem realization algorithm (ERA) and reduced by modal decomposition. We tested two differents techniques to solve the problem. The first one uses LMI approach by state-feedback based in an observer design, considering several simultaneous constraints as: a decay rate, limited input on the actuators, bounded output peak (output energy) and robustness to parametic uncertainties. The results demonstrated the vibration attenuation in the structure by controlling only the first modes and the increased damping in the bandwidth of interest. However, it is possible to occur spillover effects, because the design has not been done considering the dynamic uncertainties related with high frequencies modes. In this sense, the second technique uses the classical H. output feedback control, also solved by LMI approach, considering robustness to residual dynamic to overcome the problem found in the first test. The results are compared and discussed. The responses shown the robust performance of the system and the good reduction of the vibration level, without increase mass.

Sensitivity of the BEAM4 fisheries bioeconomic model to the main biological input parameters

Several runs of the BEAM4 model were carried out, combining several sets of input parameters from von Bertalanffy's growth curve (Lt = L-x[1 - e(-k(-to))]) and the natural mortality (M), with sets or parameters from the length-weight relationship (W=aL(b)). Further simulations were made with variations of +/- 20%, in the input parameters: recruitment (R), catchability coefficient (q), and the lengths at which 50 and 75% of the fishes are retained by the net (L-50%, and L-75%). The data used were those of the pair trawl fisheries for corvina Micropogonias furnieri, off southeastern Brazil. Results showed variations in the output (landed weight) ranging from - 62 to 147% associated with the diverse sets of VBGF and LWR parameters, and lower variations associated with the other input parameters tested. (C) 2001 Elsevier B.V. B.V. All rights reserved.

New 12kW three-phase 18-pulse high power factor AC-DC converter with regulated output voltage for rectifier units

This work presents a new high power factor three-phase rectifier based on a Y-connected differential autotransformer with reduced kVA and 18-pulse input current followed by three DC-DC boost converters. The topology provides a regulated output voltage and natural three-phase input power factor correction. The lowest input current harmonic components are the 17th and the 19th. Three boost converters, with constant input currents and regulated parallel connected output voltages are used to process 4kW each one. Analytical results from Fourier analyses of winding currents and the vector diagram of winding voltages are presented. Simulation results to verify the proposed concept and experimental results are shown in the paper.

Variable speed refrigeration system with HPF input rectifier stage

This paper is based on the analysis and implementation of a new drive system applied to refrigeration systems, complying with the restrictions imposed by the IEC standards (Harmonic/Flicker/EMI-Electromagnetic Interference restrictions), in order to obtain high efficiency, high power factor, reduced harmonic distortion in the input current and reduced electromagnetic interference, with excellent performance in temperature control of a refrigeration prototype system (automatic control, precision and high dynamic response). The proposal is replace the single-phase motor by a three-phase motor, in the conventional refrigeration system. In this way, a proper control technique can be applied, using a closed-loop (feedback control), that will allow an accurate adjustment of the desirable temperature. The proposed refrigeration prototype uses a 0.5Hp three-phase motor and an open (Belt-Drive) Bitzer IY type compressor. The input rectifier stage's features include the reduction in the input current ripple, the reduction in the output voltage ripple, the use of low stress devices, low volume for the EMI input filter, high input power factor (PF), and low total harmonic distortion (THD) in the input current, in compliance with the IEC61000-3-2 standards. The digital controller for the output three-phase inverter stage has been developed using a conventional voltage-frequency control (scalar V/f control), and a simplified stator oriented Vector control, in order to verify the feasibility and performance of the proposed digital controls for continuous temperature control applied at the refrigerator prototype. ©2008 IEEE.

Hybrid three-phase HPF rectifier with programmable input current THD, using FPGA device and VHDL language

In this paper is proposed and analyzed a digital hysteresis modulation using a FPGA (Field Programmable Gate Array) device and VHDL (Hardware Description Language), applied at a hybrid three-phase rectifier with almost unitary input power factor, composed by parallel SEPIC controlled single-phase rectifiers connected to each leg of a standard 6-pulses uncontrolled diode rectifier. The digital control allows a programmable THD (Total Harmonic Distortion) at the input currents, and it makes possible that the power rating of the switching-mode converters, connected in parallel, can be a small fraction of the total average output power, in order to obtain a compact converter, reduced input current THD and almost unitary input power factor. Finally, the proposed digital control, using a FPGA device and VHDL, offers an important flexibility for the associated control technique, in order to obtain a programmable PFC (Power Factor Correction) hybrid three-phase rectifier, in agreement with the international standards (IEC, and IEEE), which impose limits for the THD of the AC (Alternate Current) line input currents. The proposed strategy is verified by experiments. © 2008 IEEE.

Potential output in Latin America: a standard approach for the 1950-2002 period

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Programmazione funzionale in spazio logaritmico: una libreria di funzione aritmetiche

In questa Tesi forniamo una libreria di funzioni aritmetiche che operano in spazio logaritmico rispetto all'input. Partiamo con un'analisi dei campi in cui è necessario o conveniente porre dei limiti, in termini di spazio utilizzato, alla computazione di un determinato software. Vista la larga diffusione del Web, si ha a che fare con collezioni di dati enormi e che magari risiedono su server remoti: c'è quindi la necessità di scrivere programmi che operino su questi dati, pur non potendo questi dati entrare tutti insieme nella memoria di lavoro del programma stesso. In seguito studiamo le nozioni teoriche di Complessità, in particolare quelle legate allo spazio di calcolo, utilizzando un modello alternativo di Macchina di Turing: la Offline Turing Machine. Presentiamo quindi un nuovo “modello” di programmazione: la computazione bidirezionale, che riteniamo essere un buon modo di strutturare la computazione limitata in spazio. Forniamo poi una “guida al programmatore” per un linguaggio di recente introduzione, IntML, che permettere la realizzazione di programmi logspace mantenendo però il tradizionale stile di programmazione funzionale. Infine, per mostrare come IntML permetta concretamente di scrivere programmi limitati in spazio, realizziamo una libreria di funzioni aritmetiche che operano in spazio logaritmico. In particolare, mostriamo funzioni per calcolare divisione intera e resto sui naturali, e funzioni per confrontare, sommare e moltiplicare numeri espressi come parole binarie.

Learning for scheduling a portfolio of constraint solvers

Nel lavoro di tesi qui presentato si indaga l'applicazione di tecniche di apprendimento mirate ad una più efficiente esecuzione di un portfolio di risolutore di vincoli (constraint solver). Un constraint solver è un programma che dato in input un problema di vincoli, elabora una soluzione mediante l'utilizzo di svariate tecniche. I problemi di vincoli sono altamente presenti nella vita reale. Esempi come l'organizzazione dei viaggi dei treni oppure la programmazione degli equipaggi di una compagnia aerea, sono tutti problemi di vincoli. Un problema di vincoli è formalizzato da un problema di soddisfacimento di vincoli(CSP). Un CSP è descritto da un insieme di variabili che possono assumere valori appartenenti ad uno specico dominio ed un insieme di vincoli che mettono in relazione variabili e valori assumibili da esse. Una tecnica per ottimizzare la risoluzione di tali problemi è quella suggerita da un approccio a portfolio. Tale tecnica, usata anche in am- biti come quelli economici, prevede la combinazione di più solver i quali assieme possono generare risultati migliori di un approccio a singolo solver. In questo lavoro ci preoccupiamo di creare una nuova tecnica che combina un portfolio di constraint solver con tecniche di machine learning. Il machine learning è un campo di intelligenza articiale che si pone l'obiettivo di immettere nelle macchine una sorta di `intelligenza'. Un esempio applicativo potrebbe essere quello di valutare i casi passati di un problema ed usarli in futuro per fare scelte. Tale processo è riscontrato anche a livello cognitivo umano. Nello specico, vogliamo ragionare in termini di classicazione. Una classicazione corrisponde ad assegnare ad un insieme di caratteristiche in input, un valore discreto in output, come vero o falso se una mail è classicata come spam o meno. La fase di apprendimento sarà svolta utilizzando una parte di CPHydra, un portfolio di constraint solver sviluppato presso la University College of Cork (UCC). Di tale algoritmo a portfolio verranno utilizzate solamente le caratteristiche usate per descrivere determinati aspetti di un CSP rispetto ad un altro; queste caratteristiche vengono altresì dette features. Creeremo quindi una serie di classicatori basati sullo specifico comportamento dei solver. La combinazione di tali classicatori con l'approccio a portfolio sara nalizzata allo scopo di valutare che le feature di CPHydra siano buone e che i classicatori basati su tali feature siano affidabili. Per giusticare il primo risultato, eettueremo un confronto con uno dei migliori portfolio allo stato dell'arte, SATzilla. Una volta stabilita la bontà delle features utilizzate per le classicazioni, andremo a risolvere i problemi simulando uno scheduler. Tali simulazioni testeranno diverse regole costruite con classicatori precedentemente introdotti. Prima agiremo su uno scenario ad un processore e successivamente ci espanderemo ad uno scenario multi processore. In questi esperimenti andremo a vericare che, le prestazioni ottenute tramite l'applicazione delle regole create appositamente sui classicatori, abbiano risultati migliori rispetto ad un'esecuzione limitata all'utilizzo del migliore solver del portfolio. I lavoro di tesi è stato svolto in collaborazione con il centro di ricerca 4C presso University College Cork. Su questo lavoro è stato elaborato e sottomesso un articolo scientico alla International Joint Conference of Articial Intelligence (IJCAI) 2011. Al momento della consegna della tesi non siamo ancora stati informati dell'accettazione di tale articolo. Comunque, le risposte dei revisori hanno indicato che tale metodo presentato risulta interessante.

Analisi di grafi su architetture a memoria distribuita

Questo lavoro di tesi tratta il tema delle reti complesse, mostrando i principali modelli di rete complessa quali: il modello Random, il modello Small-World ed il modello Scale-free; si introdurranno alcune metriche usate per descrivere le reti complesse quali la Degree centrality, la Closeness centrality e la Betweenness centrality; si descriveranno i problemi da tenere in considerazione durante la definizione e l’implementazione di algoritmi su grafi; i modelli di calcolo su cui progettare gli algoritmi per risolvere i problemi su grafi; un’analisi prestazionale degli algoritmi proposti per calcolare i valori di Beweenness centrality su grafi di medio-grandi dimensioni. Parte di questo lavoro di tesi è consistito nello sviluppo di LANA, LArge-scale Network Analyzer, un software che permette il calcolo e l’analisi di varie metriche di centralità su grafo.

Large-scale Network Analysis on Distributed Architectures

Questa dissertazione esamina le sfide e i limiti che gli algoritmi di analisi di grafi incontrano in architetture distribuite costituite da personal computer. In particolare, analizza il comportamento dell'algoritmo del PageRank così come implementato in una popolare libreria C++ di analisi di grafi distribuiti, la Parallel Boost Graph Library (Parallel BGL). I risultati qui presentati mostrano che il modello di programmazione parallela Bulk Synchronous Parallel è inadatto all'implementazione efficiente del PageRank su cluster costituiti da personal computer. L'implementazione analizzata ha infatti evidenziato una scalabilità negativa, il tempo di esecuzione dell'algoritmo aumenta linearmente in funzione del numero di processori. Questi risultati sono stati ottenuti lanciando l'algoritmo del PageRank della Parallel BGL su un cluster di 43 PC dual-core con 2GB di RAM l'uno, usando diversi grafi scelti in modo da facilitare l'identificazione delle variabili che influenzano la scalabilità. Grafi rappresentanti modelli diversi hanno dato risultati differenti, mostrando che c'è una relazione tra il coefficiente di clustering e l'inclinazione della retta che rappresenta il tempo in funzione del numero di processori. Ad esempio, i grafi Erdős–Rényi, aventi un basso coefficiente di clustering, hanno rappresentato il caso peggiore nei test del PageRank, mentre i grafi Small-World, aventi un alto coefficiente di clustering, hanno rappresentato il caso migliore. Anche le dimensioni del grafo hanno mostrato un'influenza sul tempo di esecuzione particolarmente interessante. Infatti, si è mostrato che la relazione tra il numero di nodi e il numero di archi determina il tempo totale.

Ottimalità dell'ottimalità - Complessità della riduzione su grafi di condivisione

Trent’anni or sono il concetto di ottimalità venne formulato in senso teorico da Lévy, ma solo un decennio dopo Lamping riesce a darne elegante implementazione algoritmica. Realizza un sistema di riduzione su grafi che si scoprirà poi avere interessanti analogie con la logica lineare presentata nello stesso periodo da Girard. Ma l’ottimalità è davvero ottimale? In altre parole, l’implementazione ottimale del λ calcolo realizzata attraverso i grafi di condivisione, è davvero la migliore strategia di riduzione, in termini di complessità? Dopo anni di infondati dubbi e di immeritato oblìo, alla conferenza LICS del 2007, Baillot, Coppola e Dal Lago, danno una prima risposta positiva, seppur parziale. Considerano infatti il caso particolare delle logiche affini elementare e leggera, che possiedono interessanti proprietà a livello di complessità intrinseca e semplificano l’arduo problema. La prima parte di questa tesi presenta, in sintesi, la teoria dell’ottimalità e la sua implementazione condivisa. La seconda parte affronta il tema della sua complessità, a cominciare da una panoramica dei più importanti risultati ad essa legati. La successiva introduzione alle logiche affini, e alle relative caratteristiche, costituisce la necessaria premessa ai due capitoli successivi, che presentano una dimostrazione alternativa ed originale degli ultimi risultati basati appunto su EAL e LAL. Nel primo dei due capitoli viene definito un sistema intermedio fra le reti di prova delle logiche e la riduzione dei grafi, nel secondo sono dimostrate correttezza ed ottimalità dell’implementazione condivisa per mezzo di una simulazione. Lungo la trattazione sono offerti alcuni spunti di riflessione sulla dinamica interna della β riduzione riduzione e sui suoi legami con le reti di prova della logica lineare.