Robotics learning based on collaborative projects

[EN]Nowadays companies demand graduates able to work in multidisciplinary and collaborative projects. Hence, new educational methods are needed in order to support a more advanced society, and progress towards a higher quality of life and sustainability. The University of the Basque Country belongs to the European Higher Education Area, which was created as a result of the Bologna process to ensure the connection and quality of European national educational systems. In this framework, this paper proposes an innovative teaching methodology developed for the "Robotics" subject course that belongs to the syllabus of the B.Sc. degree in Industrial Electronics and Automation Engineering. We present an innovative methodology for Robotics learning based on collaborative projects, aimed at responding to the demands of a multidisciplinary and multilingual society.

Il passato nell’epoca della sua (ri)producibilità digitale. Torino 1943 - 45. Metodologia della ricerca con tecnologie informatiche. Sistema storico-territoriale di informazione multimediale

Se il lavoro dello storico è capire il passato come è stato compreso dalla gente che lo ha vissuto, allora forse non è azzardato pensare che sia anche necessario comunicare i risultati delle ricerche con strumenti propri che appartengono a un'epoca e che influenzano la mentalità di chi in quell'epoca vive. Emergenti tecnologie, specialmente nell’area della multimedialità come la realtà virtuale, permettono agli storici di comunicare l’esperienza del passato in più sensi. In che modo la storia collabora con le tecnologie informatiche soffermandosi sulla possibilità di fare ricostruzioni storiche virtuali, con relativi esempi e recensioni? Quello che maggiormente preoccupa gli storici è se una ricostruzione di un fatto passato vissuto attraverso la sua ricreazione in pixels sia un metodo di conoscenza della storia che possa essere considerato valido. Ovvero l'emozione che la navigazione in una realtà 3D può suscitare, è un mezzo in grado di trasmettere conoscenza? O forse l'idea che abbiamo del passato e del suo studio viene sottilmente cambiato nel momento in cui lo si divulga attraverso la grafica 3D? Da tempo però la disciplina ha cominciato a fare i conti con questa situazione, costretta soprattutto dall'invasività di questo tipo di media, dalla spettacolarizzazione del passato e da una divulgazione del passato parziale e antiscientifica. In un mondo post letterario bisogna cominciare a pensare che la cultura visuale nella quale siamo immersi sta cambiando il nostro rapporto con il passato: non per questo le conoscenze maturate fino ad oggi sono false, ma è necessario riconoscere che esiste più di una verità storica, a volte scritta a volte visuale. Il computer è diventato una piattaforma onnipresente per la rappresentazione e diffusione dell’informazione. I metodi di interazione e rappresentazione stanno evolvendo di continuo. Ed è su questi due binari che è si muove l’offerta delle tecnologie informatiche al servizio della storia. Lo scopo di questa tesi è proprio quello di esplorare, attraverso l’utilizzo e la sperimentazione di diversi strumenti e tecnologie informatiche, come si può raccontare efficacemente il passato attraverso oggetti tridimensionali e gli ambienti virtuali, e come, nel loro essere elementi caratterizzanti di comunicazione, in che modo possono collaborare, in questo caso particolare, con la disciplina storica. La presente ricerca ricostruisce alcune linee di storia delle principali fabbriche attive a Torino durante la seconda guerra mondiale, ricordando stretta relazione che esiste tra strutture ed individui e in questa città in particolare tra fabbrica e movimento operaio, è inevitabile addentrarsi nelle vicende del movimento operaio torinese che nel periodo della lotta di Liberazione in città fu un soggetto politico e sociale di primo rilievo. Nella città, intesa come entità biologica coinvolta nella guerra, la fabbrica (o le fabbriche) diventa il nucleo concettuale attraverso il quale leggere la città: sono le fabbriche gli obiettivi principali dei bombardamenti ed è nelle fabbriche che si combatte una guerra di liberazione tra classe operaia e autorità, di fabbrica e cittadine. La fabbrica diventa il luogo di "usurpazione del potere" di cui parla Weber, il palcoscenico in cui si tengono i diversi episodi della guerra: scioperi, deportazioni, occupazioni .... Il modello della città qui rappresentata non è una semplice visualizzazione ma un sistema informativo dove la realtà modellata è rappresentata da oggetti, che fanno da teatro allo svolgimento di avvenimenti con una precisa collocazione cronologica, al cui interno è possibile effettuare operazioni di selezione di render statici (immagini), di filmati precalcolati (animazioni) e di scenari navigabili interattivamente oltre ad attività di ricerca di fonti bibliografiche e commenti di studiosi segnatamente legati all'evento in oggetto. Obiettivo di questo lavoro è far interagire, attraverso diversi progetti, le discipline storiche e l’informatica, nelle diverse opportunità tecnologiche che questa presenta. Le possibilità di ricostruzione offerte dal 3D vengono così messe a servizio della ricerca, offrendo una visione integrale in grado di avvicinarci alla realtà dell’epoca presa in considerazione e convogliando in un’unica piattaforma espositiva tutti i risultati. Divulgazione Progetto Mappa Informativa Multimediale Torino 1945 Sul piano pratico il progetto prevede una interfaccia navigabile (tecnologia Flash) che rappresenti la pianta della città dell’epoca, attraverso la quale sia possibile avere una visione dei luoghi e dei tempi in cui la Liberazione prese forma, sia a livello concettuale, sia a livello pratico. Questo intreccio di coordinate nello spazio e nel tempo non solo migliora la comprensione dei fenomeni, ma crea un maggiore interesse sull’argomento attraverso l’utilizzo di strumenti divulgativi di grande efficacia (e appeal) senza perdere di vista la necessità di valicare le tesi storiche proponendosi come piattaforma didattica. Un tale contesto richiede uno studio approfondito degli eventi storici al fine di ricostruire con chiarezza una mappa della città che sia precisa sia topograficamente sia a livello di navigazione multimediale. La preparazione della cartina deve seguire gli standard del momento, perciò le soluzioni informatiche utilizzate sono quelle fornite da Adobe Illustrator per la realizzazione della topografia, e da Macromedia Flash per la creazione di un’interfaccia di navigazione. La base dei dati descrittivi è ovviamente consultabile essendo contenuta nel supporto media e totalmente annotata nella bibliografia. È il continuo evolvere delle tecnologie d'informazione e la massiccia diffusione dell’uso dei computer che ci porta a un cambiamento sostanziale nello studio e nell’apprendimento storico; le strutture accademiche e gli operatori economici hanno fatto propria la richiesta che giunge dall'utenza (insegnanti, studenti, operatori dei Beni Culturali) di una maggiore diffusione della conoscenza storica attraverso la sua rappresentazione informatizzata. Sul fronte didattico la ricostruzione di una realtà storica attraverso strumenti informatici consente anche ai non-storici di toccare con mano quelle che sono le problematiche della ricerca quali fonti mancanti, buchi della cronologia e valutazione della veridicità dei fatti attraverso prove. Le tecnologie informatiche permettono una visione completa, unitaria ed esauriente del passato, convogliando tutte le informazioni su un'unica piattaforma, permettendo anche a chi non è specializzato di comprendere immediatamente di cosa si parla. Il miglior libro di storia, per sua natura, non può farlo in quanto divide e organizza le notizie in modo diverso. In questo modo agli studenti viene data l'opportunità di apprendere tramite una rappresentazione diversa rispetto a quelle a cui sono abituati. La premessa centrale del progetto è che i risultati nell'apprendimento degli studenti possono essere migliorati se un concetto o un contenuto viene comunicato attraverso più canali di espressione, nel nostro caso attraverso un testo, immagini e un oggetto multimediale. Didattica La Conceria Fiorio è uno dei luoghi-simbolo della Resistenza torinese. Il progetto è una ricostruzione in realtà virtuale della Conceria Fiorio di Torino. La ricostruzione serve a arricchire la cultura storica sia a chi la produce, attraverso una ricerca accurata delle fonti, sia a chi può poi usufruirne, soprattutto i giovani, che, attratti dall’aspetto ludico della ricostruzione, apprendono con più facilità. La costruzione di un manufatto in 3D fornisce agli studenti le basi per riconoscere ed esprimere la giusta relazione fra il modello e l’oggetto storico. Le fasi di lavoro attraverso cui si è giunti alla ricostruzione in 3D della Conceria: . una ricerca storica approfondita, basata sulle fonti, che possono essere documenti degli archivi o scavi archeologici, fonti iconografiche, cartografiche, ecc.; . La modellazione degli edifici sulla base delle ricerche storiche, per fornire la struttura geometrica poligonale che permetta la navigazione tridimensionale; . La realizzazione, attraverso gli strumenti della computer graphic della navigazione in 3D. Unreal Technology è il nome dato al motore grafico utilizzato in numerosi videogiochi commerciali. Una delle caratteristiche fondamentali di tale prodotto è quella di avere uno strumento chiamato Unreal editor con cui è possibile costruire mondi virtuali, e che è quello utilizzato per questo progetto. UnrealEd (Ued) è il software per creare livelli per Unreal e i giochi basati sul motore di Unreal. E’ stata utilizzata la versione gratuita dell’editor. Il risultato finale del progetto è un ambiente virtuale navigabile raffigurante una ricostruzione accurata della Conceria Fiorio ai tempi della Resistenza. L’utente può visitare l’edificio e visualizzare informazioni specifiche su alcuni punti di interesse. La navigazione viene effettuata in prima persona, un processo di “spettacolarizzazione” degli ambienti visitati attraverso un arredamento consono permette all'utente una maggiore immersività rendendo l’ambiente più credibile e immediatamente codificabile. L’architettura Unreal Technology ha permesso di ottenere un buon risultato in un tempo brevissimo, senza che fossero necessari interventi di programmazione. Questo motore è, quindi, particolarmente adatto alla realizzazione rapida di prototipi di una discreta qualità, La presenza di un certo numero di bug lo rende, però, in parte inaffidabile. Utilizzare un editor da videogame per questa ricostruzione auspica la possibilità di un suo impiego nella didattica, quello che le simulazioni in 3D permettono nel caso specifico è di permettere agli studenti di sperimentare il lavoro della ricostruzione storica, con tutti i problemi che lo storico deve affrontare nel ricreare il passato. Questo lavoro vuole essere per gli storici una esperienza nella direzione della creazione di un repertorio espressivo più ampio, che includa gli ambienti tridimensionali. Il rischio di impiegare del tempo per imparare come funziona questa tecnologia per generare spazi virtuali rende scettici quanti si impegnano nell'insegnamento, ma le esperienze di progetti sviluppati, soprattutto all’estero, servono a capire che sono un buon investimento. Il fatto che una software house, che crea un videogame di grande successo di pubblico, includa nel suo prodotto, una serie di strumenti che consentano all'utente la creazione di mondi propri in cui giocare, è sintomatico che l'alfabetizzazione informatica degli utenti medi sta crescendo sempre più rapidamente e che l'utilizzo di un editor come Unreal Engine sarà in futuro una attività alla portata di un pubblico sempre più vasto. Questo ci mette nelle condizioni di progettare moduli di insegnamento più immersivi, in cui l'esperienza della ricerca e della ricostruzione del passato si intreccino con lo studio più tradizionale degli avvenimenti di una certa epoca. I mondi virtuali interattivi vengono spesso definiti come la forma culturale chiave del XXI secolo, come il cinema lo è stato per il XX. Lo scopo di questo lavoro è stato quello di suggerire che vi sono grosse opportunità per gli storici impiegando gli oggetti e le ambientazioni in 3D, e che essi devono coglierle. Si consideri il fatto che l’estetica abbia un effetto sull’epistemologia. O almeno sulla forma che i risultati delle ricerche storiche assumono nel momento in cui devono essere diffuse. Un’analisi storica fatta in maniera superficiale o con presupposti errati può comunque essere diffusa e avere credito in numerosi ambienti se diffusa con mezzi accattivanti e moderni. Ecco perchè non conviene seppellire un buon lavoro in qualche biblioteca, in attesa che qualcuno lo scopra. Ecco perchè gli storici non devono ignorare il 3D. La nostra capacità, come studiosi e studenti, di percepire idee ed orientamenti importanti dipende spesso dai metodi che impieghiamo per rappresentare i dati e l’evidenza. Perché gli storici possano ottenere il beneficio che il 3D porta con sè, tuttavia, devono sviluppare un’agenda di ricerca volta ad accertarsi che il 3D sostenga i loro obiettivi di ricercatori e insegnanti. Una ricostruzione storica può essere molto utile dal punto di vista educativo non sono da chi la visita ma, anche da chi la realizza. La fase di ricerca necessaria per la ricostruzione non può fare altro che aumentare il background culturale dello sviluppatore. Conclusioni La cosa più importante è stata la possibilità di fare esperienze nell’uso di mezzi di comunicazione di questo genere per raccontare e far conoscere il passato. Rovesciando il paradigma conoscitivo che avevo appreso negli studi umanistici, ho cercato di desumere quelle che potremo chiamare “leggi universali” dai dati oggettivi emersi da questi esperimenti. Da punto di vista epistemologico l’informatica, con la sua capacità di gestire masse impressionanti di dati, dà agli studiosi la possibilità di formulare delle ipotesi e poi accertarle o smentirle tramite ricostruzioni e simulazioni. Il mio lavoro è andato in questa direzione, cercando conoscere e usare strumenti attuali che nel futuro avranno sempre maggiore presenza nella comunicazione (anche scientifica) e che sono i mezzi di comunicazione d’eccellenza per determinate fasce d’età (adolescenti). Volendo spingere all’estremo i termini possiamo dire che la sfida che oggi la cultura visuale pone ai metodi tradizionali del fare storia è la stessa che Erodoto e Tucidide contrapposero ai narratori di miti e leggende. Prima di Erodoto esisteva il mito, che era un mezzo perfettamente adeguato per raccontare e dare significato al passato di una tribù o di una città. In un mondo post letterario la nostra conoscenza del passato sta sottilmente mutando nel momento in cui lo vediamo rappresentato da pixel o quando le informazioni scaturiscono non da sole, ma grazie all’interattività con il mezzo. La nostra capacità come studiosi e studenti di percepire idee ed orientamenti importanti dipende spesso dai metodi che impieghiamo per rappresentare i dati e l’evidenza. Perché gli storici possano ottenere il beneficio sottinteso al 3D, tuttavia, devono sviluppare un’agenda di ricerca volta ad accertarsi che il 3D sostenga i loro obiettivi di ricercatori e insegnanti. Le esperienze raccolte nelle pagine precedenti ci portano a pensare che in un futuro non troppo lontano uno strumento come il computer sarà l’unico mezzo attraverso cui trasmettere conoscenze, e dal punto di vista didattico la sua interattività consente coinvolgimento negli studenti come nessun altro mezzo di comunicazione moderno.

Development of Clinical Decision Support Systems based on Mathematical Models of Physiological Systems

In the last years of research, I focused my studies on different physiological problems. Together with my supervisors, I developed/improved different mathematical models in order to create valid tools useful for a better understanding of important clinical issues. The aim of all this work is to develop tools for learning and understanding cardiac and cerebrovascular physiology as well as pathology, generating research questions and developing clinical decision support systems useful for intensive care unit patients. I. ICP-model Designed for Medical Education We developed a comprehensive cerebral blood flow and intracranial pressure model to simulate and study the complex interactions in cerebrovascular dynamics caused by multiple simultaneous alterations, including normal and abnormal functional states of auto-regulation of the brain. Individual published equations (derived from prior animal and human studies) were implemented into a comprehensive simulation program. Included in the normal physiological modelling was: intracranial pressure, cerebral blood flow, blood pressure, and carbon dioxide (CO2) partial pressure. We also added external and pathological perturbations, such as head up position and intracranial haemorrhage. The model performed clinically realistically given inputs of published traumatized patients, and cases encountered by clinicians. The pulsatile nature of the output graphics was easy for clinicians to interpret. The manoeuvres simulated include changes of basic physiological inputs (e.g. blood pressure, central venous pressure, CO2 tension, head up position, and respiratory effects on vascular pressures) as well as pathological inputs (e.g. acute intracranial bleeding, and obstruction of cerebrospinal outflow). Based on the results, we believe the model would be useful to teach complex relationships of brain haemodynamics and study clinical research questions such as the optimal head-up position, the effects of intracranial haemorrhage on cerebral haemodynamics, as well as the best CO2 concentration to reach the optimal compromise between intracranial pressure and perfusion. We believe this model would be useful for both beginners and advanced learners. It could be used by practicing clinicians to model individual patients (entering the effects of needed clinical manipulations, and then running the model to test for optimal combinations of therapeutic manoeuvres). II. A Heterogeneous Cerebrovascular Mathematical Model Cerebrovascular pathologies are extremely complex, due to the multitude of factors acting simultaneously on cerebral haemodynamics. In this work, the mathematical model of cerebral haemodynamics and intracranial pressure dynamics, described in the point I, is extended to account for heterogeneity in cerebral blood flow. The model includes the Circle of Willis, six regional districts independently regulated by autoregulation and CO2 reactivity, distal cortical anastomoses, venous circulation, the cerebrospinal fluid circulation, and the intracranial pressure-volume relationship. Results agree with data in the literature and highlight the existence of a monotonic relationship between transient hyperemic response and the autoregulation gain. During unilateral internal carotid artery stenosis, local blood flow regulation is progressively lost in the ipsilateral territory with the presence of a steal phenomenon, while the anterior communicating artery plays the major role to redistribute the available blood flow. Conversely, distal collateral circulation plays a major role during unilateral occlusion of the middle cerebral artery. In conclusion, the model is able to reproduce several different pathological conditions characterized by heterogeneity in cerebrovascular haemodynamics and can not only explain generalized results in terms of physiological mechanisms involved, but also, by individualizing parameters, may represent a valuable tool to help with difficult clinical decisions. III. Effect of Cushing Response on Systemic Arterial Pressure. During cerebral hypoxic conditions, the sympathetic system causes an increase in arterial pressure (Cushing response), creating a link between the cerebral and the systemic circulation. This work investigates the complex relationships among cerebrovascular dynamics, intracranial pressure, Cushing response, and short-term systemic regulation, during plateau waves, by means of an original mathematical model. The model incorporates the pulsating heart, the pulmonary circulation and the systemic circulation, with an accurate description of the cerebral circulation and the intracranial pressure dynamics (same model as in the first paragraph). Various regulatory mechanisms are included: cerebral autoregulation, local blood flow control by oxygen (O2) and/or CO2 changes, sympathetic and vagal regulation of cardiovascular parameters by several reflex mechanisms (chemoreceptors, lung-stretch receptors, baroreceptors). The Cushing response has been described assuming a dramatic increase in sympathetic activity to vessels during a fall in brain O2 delivery. With this assumption, the model is able to simulate the cardiovascular effects experimentally observed when intracranial pressure is artificially elevated and maintained at constant level (arterial pressure increase and bradicardia). According to the model, these effects arise from the interaction between the Cushing response and the baroreflex response (secondary to arterial pressure increase). Then, patients with severe head injury have been simulated by reducing intracranial compliance and cerebrospinal fluid reabsorption. With these changes, oscillations with plateau waves developed. In these conditions, model results indicate that the Cushing response may have both positive effects, reducing the duration of the plateau phase via an increase in cerebral perfusion pressure, and negative effects, increasing the intracranial pressure plateau level, with a risk of greater compression of the cerebral vessels. This model may be of value to assist clinicians in finding the balance between clinical benefits of the Cushing response and its shortcomings. IV. Comprehensive Cardiopulmonary Simulation Model for the Analysis of Hypercapnic Respiratory Failure We developed a new comprehensive cardiopulmonary model that takes into account the mutual interactions between the cardiovascular and the respiratory systems along with their short-term regulatory mechanisms. The model includes the heart, systemic and pulmonary circulations, lung mechanics, gas exchange and transport equations, and cardio-ventilatory control. Results show good agreement with published patient data in case of normoxic and hyperoxic hypercapnia simulations. In particular, simulations predict a moderate increase in mean systemic arterial pressure and heart rate, with almost no change in cardiac output, paralleled by a relevant increase in minute ventilation, tidal volume and respiratory rate. The model can represent a valid tool for clinical practice and medical research, providing an alternative way to experience-based clinical decisions. In conclusion, models are not only capable of summarizing current knowledge, but also identifying missing knowledge. In the former case they can serve as training aids for teaching the operation of complex systems, especially if the model can be used to demonstrate the outcome of experiments. In the latter case they generate experiments to be performed to gather the missing data.

Machine-learning methods for structure prediction of β-barrel membrane proteins

Different types of proteins exist with diverse functions that are essential for living organisms. An important class of proteins is represented by transmembrane proteins which are specifically designed to be inserted into biological membranes and devised to perform very important functions in the cell such as cell communication and active transport across the membrane. Transmembrane β-barrels (TMBBs) are a sub-class of membrane proteins largely under-represented in structure databases because of the extreme difficulty in experimental structure determination. For this reason, computational tools that are able to predict the structure of TMBBs are needed. In this thesis, two computational problems related to TMBBs were addressed: the detection of TMBBs in large datasets of proteins and the prediction of the topology of TMBB proteins. Firstly, a method for TMBB detection was presented based on a novel neural network framework for variable-length sequence classification. The proposed approach was validated on a non-redundant dataset of proteins. Furthermore, we carried-out genome-wide detection using the entire Escherichia coli proteome. In both experiments, the method significantly outperformed other existing state-of-the-art approaches, reaching very high PPV (92%) and MCC (0.82). Secondly, a method was also introduced for TMBB topology prediction. The proposed approach is based on grammatical modelling and probabilistic discriminative models for sequence data labeling. The method was evaluated using a newly generated dataset of 38 TMBB proteins obtained from high-resolution data in the PDB. Results have shown that the model is able to correctly predict topologies of 25 out of 38 protein chains in the dataset. When tested on previously released datasets, the performances of the proposed approach were measured as comparable or superior to the current state-of-the-art of TMBB topology prediction.

Negoziazioni intergenerazionali dell'autonomia abitativa in contesti di working class

Nell’ambito della riflessione sui processi di riproduzione e trasmissione intergenerazionale delle disuguaglianze sociali, la presente tesi dottorale propone un’analisi in prospettiva intersezionale dei percorsi verso l’indipendenza abitativa dei giovani bolognesi di origine popolare, e il ruolo svolto dalle loro famiglie in questi percorsi. Nell’approfondimento teorico si offre una ricostruzione del dibattito sociologico nazionale e internazionale sul tema delle disuguaglianze sociali e abitative delle giovani generazioni, nonché dello studio della classe sociale e i principali approcci presenti in letteratura. La ricerca sul campo si concentra, in particolare, sui modi in cui le famiglie appartenenti ad una determinata classe sociale, intesa nel senso conferito al termine da Bourdieu, negoziano e sostengono la transizione all’indipendenza abitativa dei loro figli. L’approfondimento empirico consiste in una ricerca qualitativa longitudinale retrospettiva, condotta nel bolognese nel 2013-2014 su un campione di famiglie working class. Ai giovani-adulti coinvolti e ai loro genitori è stato chiesto di ricostruire le loro biografie attraverso lo strumento delle life histories. La ricerca evidenzia il delinearsi di “micro sistemi economici” familiari specifici e creativi. Le molteplici forme di sostegno genitoriale nei percorsi di autonomizzazione dei figli, individuate nel corso dell’analisi del materiale raccolto, si innestano quindi all’interno di un più ampio sistema di supporto intergenerazionale, che continua anche dopo l’uscita dalla famiglia di origine, a conferma dello stretto legame che caratterizza le famiglie italiane. Nello studio una particolare attenzione viene rivolta alle logiche di legittimazione del sostegno genitoriale, adottate dalle famiglie per orientare i propri interventi di aiuto. Infine, mettendo a confronto la concezione di indipendenza dei giovani adulti con quella dei loro genitori, l’indagine rileva l’esistenza di una apparente contraddizione tra le rappresentazioni dell’indipendenza e dell’autonomia abitativa e i comportamenti attuati nella vita quotidiana, contraddizione che trova una risoluzione nella negoziazione, tra le due diverse generazioni, del concetto stesso di indipendenza.

Narcolepsy: autoimmunity, effector T cell activation due to infection, or T cell independent, major histocompatibility complex class II induced neuronal loss?

Human narcolepsy with cataplexy is a neurological disorder, which develops due to a deficiency in hypocretin producing neurons in the hypothalamus. There is a strong association with human leucocyte antigens HLA-DR2 and HLA-DQB1*0602. The disease typically starts in adolescence. Recent developments in narcolepsy research support the hypothesis of narcolepsy being an immune-mediated disease. Narcolepsy is associated with polymorphisms of the genes encoding T cell receptor alpha chain, tumour necrosis factor alpha and tumour necrosis factor receptor II. Moreover the rate of streptococcal infection is increased at onset of narcolepsy. The hallmarks of anti-self reactions in the tissue--namely upregulation of major histocompatibility antigens and lymphocyte infiltrates--are missing in the hypothalamus. These findings are questionable because they were obtained by analyses performed many years after onset of disease. In some patients with narcolepsy autoantibodies to Tribbles homolog 2, which is expressed by hypocretin neurons, have been detected recently. Immune-mediated destruction of hypocretin producing neurons may be mediated by microglia/macrophages that become activated either by autoantigen specific CD4(+) T cells or superantigen stimulated CD8(+) T cells, or independent of T cells by activation of DQB1*0602 signalling. Activation of microglia and macrophages may lead to the release of neurotoxic molecules such as quinolinic acid, which has been shown to cause selective destruction of hypocretin neurons in the hypothalamus.

Pinocchio: Bringing Reflection to Life with First-Class Interpreters

To support development tools like debuggers, runtime systems need to provide a meta-programming interface to alter their semantics and access internal data. Reflective capabilities are typically fixed by the Virtual Machine (VM). Unanticipated reflective features must either be simulated by complex program transformations, or they require the development of a specially tailored VM. We propose a novel approach to behavioral reflection that eliminates the barrier between applications and the VM by manipulating an explicit tower of first-class interpreters. Pinocchio is a proof-of-concept implementation of our approach which enables radical changes to the interpretation of programs by explicitly instantiating subclasses of the base interpreter. We illustrate the design of Pinocchio through non-trivial examples that extend runtime semantics to support debugging, parallel debugging, and back-in-time object-flow debugging. Although performance is not yet addressed, we also discuss numerous opportunities for optimization, which we believe will lead to a practical approach to behavioral reflection.

Knowledge Management and Decision Support for Sustainable Land Management

Much research has focused on desertification and land degradation assessments without putting sufficient emphasis on prevention and mitigation, although the concept of sustainable land management (SLM) is increasingly being acknowledged. A variety of SLM measures have already been applied at the local level, but they are rarely adequately recognised, evaluated, shared or used for decision support. WOCAT (World Overview of Technologies and Approaches) has developed an internationally recognised, standardised methodology to document and evaluate SLM technologies and approaches, including spatial distribution, allowing the sharing of SLM knowledge worldwide. The recent methodological integration into a participatory process allows now analysing and using this knowledge for decision support at the local and national level. The use of the WOCAT tools stimulates evaluation (self-evaluation as well as learning from comparing experiences) within SLM initiatives where all too often there is not only insufficient monitoring but also a lack of critical analysis. The comprehensive questionnaires and database system facilitate to document, evaluate and disseminate local experiences of SLM technologies and their implementation approaches. This evaluation process - in a team of experts and together with land users - greatly enhances understanding of the reasons behind successful (or failed) local practices. It has now been integrated into a new methodology for appraising and selecting SLM options. The methodology combines a local collective learning and decision approach with the use of the evaluated global best practices from WOCAT in a concise three step process: i) identifying land degradation and locally applied solutions in a stakeholder learning workshop; ii) assessing local solutions with the standardised WOCAT tool; iii) jointly selecting promising strategies for implementation with the help of a decision support tool. The methodology has been implemented in various countries and study sites around the world mainly within the FAO LADA (Land Degradation Assessment Project) and the EU-funded DESIRE project. Investments in SLM must be carefully assessed and planned on the basis of properly documented experiences and evaluated impacts and benefits: concerted efforts are needed and sufficient resources must be mobilised to tap the wealth of knowledge and learn from SLM successes.

Synaptic regulation of spike firing in interneurons of the striatum in vivo

The striatum, the major input nucleus of the basal ganglia, is numerically dominated by a single class of principal neurons, the GABAergic spiny projection neuron (SPN) that has been extensively studied both in vitro and in vivo. Much less is known about the sparsely distributed interneurons, principally the cholinergic interneuron (CIN) and the GABAergic fast-spiking interneuron (FSI). Here, we summarize results from two recent studies on these interneurons where we used in vivo intracellular recording techniques in urethane-anaesthetized rats (Schulz et al., J Neurosci 31[31], 2011; J Physiol, in press). Interneurons were identified by their characteristic responses to intracellular current steps and spike waveforms. Spontaneous spiking contained a high proportion (~45%) of short inter-spike intervals (ISI) of <30 ms in FSIs, but virtually none in CINs. Spiking patterns in CINs covered a broad spectrum ranging from regular tonic spiking to phasic activity despite very similar unimodal membrane potential distributions across neurons. In general, phasic spiking activity occurred in phase with the slow ECoG waves, whereas CINs exhibiting tonic regular spiking were little affected by afferent network activity. In contrast, FSIs exhibited transitions between Down and Up states very similar to SPNs. Compared to SPNs, the FSI Up state membrane potential was noisier and power spectra exhibited significantly larger power at frequencies in the gamma range (55-95 Hz). Cortical-evoked inputs had faster dynamics in FSIs than SPNs and the membrane potential preceding spontaneous spike discharge exhibited short and steep trajectories, suggesting that fast input components controlled spike output in FSIs. Intrinsic resonance mechanisms may have further enhanced the sensitivity of FSIs to fast oscillatory inputs. Induction of an activated ECoG state by local ejection of bicuculline into the superior colliculus, resulted in increased spike frequency in both interneuron classes without changing the overall distribution of ISIs. This manipulation also made CINs responsive to a light flashed into the contralateral eye. Typically, the response consisted of an excitation at short latency followed by a pause in spike firing, via an underlying depolarization-hyperpolarization membrane sequence. These results highlight the differential sensitivity of striatal interneurons to afferent synaptic signals and support a model where CINs modulate the striatal network in response to salient sensory bottom-up signals, while FSIs serve gating of top-down signals from the cortex during action selection and reward-related learning.

THE RELATIONSHIP BETWEEN PARENTING STYLES, LEARNING AUTONOMY, AND SCHOLASTIC ACHIEVEMENT IN UNDERGRADUATE COLLEGE STUDENTS

Throughout the years, the role that parents play with regard to a child’s academic achievement has been the source of considerable research. The type of parenting style employed by parents, whether it is authoritarian, authoritative, or permissive, has and continues to be a major theme in these studies. One area of particular interest that has been overlooked in these studies, however, is the influence that parents may have on a student’s learning autonomy. Learning autonomy is the idea that a student has internal motivation to learn or achieve. The purpose of this study was to investigate therelationship among the three styles of parenting, learning autonomy, perceived parental autonomy support, and scholastic achievement in undergraduate college students. Sixty-one participants were recruited at a small liberal arts college in the northeastern United States to complete questionnaires, which measured perceived parental authority of the participants’ parents, perceived parental autonomy support, and students’ own learning autonomy. The participants were also asked to list their grade point average. The results revealed positive and negative correlations between many of the variables in the study;however, simple regression analyses did not yield any statistically significant relationships between parental authority, learning autonomy, perceived autonomy support, and scholastic achievement.

Maternal and Postweaning High-Fat Diets Disturb Hippocampal Gene Expression, Learning, and Memory Function

We tested the hypothesis that excess saturated fat consumption during pregnancy, lactation, and/or postweaning alters the expression of genes mediating hippocampal synaptic efficacy and impairs spatial learning and memory in adulthood. Dams were fed control chow or a diet high in saturated fat before mating, during pregnancy, and into lactation. Offspring were weaned to either standard chow or a diet high in saturated fat. The Morris Water Maze was used to evaluate spatial learning and memory. Open field testing was used to evaluate motor activity. Hippocampal gene expression in adult males was measured using RT-PCR and ELISA. Offspring from high fat-fed dams took longer, swam farther, and faster to try and find the hidden platform during the 5-day learning period. Control offspring consuming standard chow spent the most time in memory quadrant during the probe test. Offspring from high fat-fed dams consuming excess saturated fat spent the least. The levels of mRNA and protein for brain-derived neurotrophic factor and activity-regulated cytoskeletal-associated protein were significantly decreased by maternal diet effects. Nerve growth factor mRNA and protein levels were significantly reduced in response to both maternal and postweaning high-fat diets. Expression levels for the N-methyl-D-aspartate receptor (NMDA) receptor subunit NR2B as well as synaptophysin were significantly decreased in response to both maternal and postweaning diets. Synaptotagmin was significantly increased in offspring from high fat-fed dams. These data support the hypothesis that exposure to excess saturated fat during hippocampal development is associated with complex patterns of gene expression and deficits in learning and memory.

Influence of Engineering Instructors' Teaching and Learning Beliefs on Pedagogies in Engineering Science Courses

This study explored how academics' beliefs about teaching and learning influenced their teaching in engineering science courses typically taught in the second or third year of 4-year engineering undergraduate degrees. Data were collected via a national survey of 166 U. S. statics instructors and interviews at two different institutions with 17 instructors of engineering science courses such as thermodynamics, circuits and statics. The study identified a number of common beliefs about how to best support student learning of these topics; each is discussed in relation to the literature about student development and learning. Specific recommendations are given for educational developers to encourage use of research-based instructional strategies in these courses.

Multimodal Integration in Statistical Learning: Evidence from the McGurk Illusion

Recent advances in the field of statistical learning have established that learners are able to track regularities of multimodal stimuli, yet it is unknown whether the statistical computations are performed on integrated representations or on separate, unimodal representations. In the present study, we investigated the ability of adults to integrate audio and visual input during statistical learning. We presented learners with a speech stream synchronized with a video of a speaker's face. In the critical condition, the visual (e.g., /gi/) and auditory (e.g., /mi/) signals were occasionally incongruent, which we predicted would produce the McGurk illusion, resulting in the perception of an audiovisual syllable (e.g., /ni/). In this way, we used the McGurk illusion to manipulate the underlying statistical structure of the speech streams, such that perception of these illusory syllables facilitated participants' ability to segment the speech stream. Our results therefore demonstrate that participants can integrate audio and visual input to perceive the McGurk illusion during statistical learning. We interpret our findings as support for modality-interactive accounts of statistical learning.

AAC&U's Integrative Liberal Learning and the CAS Standards: Advising for a 21st Century Liberal Education

The Association of American Colleges and Universities presented and promoted integrative liberal learning as a collaborative goal that all institutions of higher education must strive to achieve. The similarities between the goals of integrative liberal learning and the Standards for Academic Advising by the Council for the Advancement of Standards in Higher Education are discussed with emphasis placed on the critical role that academic advising plays in support of an integrative liberal learning education, and in turn, future success for all students.

Learning real-world stimuli in a neural network with spike-driven synaptic dynamics

We present a model of spike-driven synaptic plasticity inspired by experimental observations and motivated by the desire to build an electronic hardware device that can learn to classify complex stimuli in a semisupervised fashion. During training, patterns of activity are sequentially imposed on the input neurons, and an additional instructor signal drives the output neurons toward the desired activity. The network is made of integrate-and-fire neurons with constant leak and a floor. The synapses are bistable, and they are modified by the arrival of presynaptic spikes. The sign of the change is determined by both the depolarization and the state of a variable that integrates the postsynaptic action potentials. Following the training phase, the instructor signal is removed, and the output neurons are driven purely by the activity of the input neurons weighted by the plastic synapses. In the absence of stimulation, the synapses preserve their internal state indefinitely. Memories are also very robust to the disruptive action of spontaneous activity. A network of 2000 input neurons is shown to be able to classify correctly a large number (thousands) of highly overlapping patterns (300 classes of preprocessed Latex characters, 30 patterns per class, and a subset of the NIST characters data set) and to generalize with performances that are better than or comparable to those of artificial neural networks. Finally we show that the synaptic dynamics is compatible with many of the experimental observations on the induction of long-term modifications (spike-timing-dependent plasticity and its dependence on both the postsynaptic depolarization and the frequency of pre- and postsynaptic neurons).