Development of an intelligent earthwork optimization system

Tese de Doutoramento em Engenharia Civil.

Cognitive processes affect the gait of subjects with Parkinson’s and Alzheimer’s disease in dual tasks

Objective To investigate the relation between gait parameters and cognitive impairments in subjects with Parkinson’s disease (PD) and Alzheimer’s disease (AD) during the performance of dual tasks. Methods This was a cross-sectional study involving 126 subjects divided into three groups: Parkinson group (n = 43), Alzheimer group (n = 38), and control group (n = 45). The subjects were evaluated using the Timed Up and Go test administered with motor and cognitive distracters. Gait analyses consisted of cadence and speed measurements, with cognitive functions being assessed by the Brief Cognitive Screening Battery and the Clock Drawing Test. Statistical procedures included mixed-design analyses of variance to observe the gait patterns between groups and tasks and the linear regression model to investigate the influence of cognitive functions in this process. A 5% significant level was adopted. Results Regarding the subjects’ speed, the data show a significant difference between group vs task interaction (p = 0.009), with worse performance of subjects with PD in motor dual task and of subjects with AD in cognitive dual task. With respect to cadence, no statistical differences was seen between group vs task interaction (p = 0.105), showing low interference of the clinical conditions on such parameter. The linear regression model showed that up to 45.79%, of the variance in gait can be explained by the interference of cognitive processes. Conclusion Dual task activities affect gait pattern in subjects with PD and AD. Differences between groups reflect peculiarities of each disease and show a direct interference of cognitive processes on complex tasks.

Macroscopic and histopathological study of the placenta: an essential resource in litigation processes

The pathological study of the placenta is of upmost importance in cases of unexplained fetal/perinatal loss and often these carry litigation implications. Integrating pathological findings and the underlying pathophysiological processes, leading to placental lesions, is fundamental for the evaluation of poor fetal and perinatal outcomes and to distinguish from cases of true negligence.

Optimization of low-cost nutritional supplementation for lignocellulosic ethanol fermentation

[Excerpt] Bioethanol from lignocellulosic materials (LCM), also called second generation bioethanol, is considered a promising alternative to first generation bioethanol. An efficient production process of lignocellulosic bioethanol involves an effective pretreatment of LCM to improve the accessibility of cellulose and thus enhance the enzymatic saccharification. One interesting approach is to use the whole slurry from treatment, since allows economical and industrial benefits: washing steps are avoided, water consumption is lower and the sugars from liquid phase can be used, increasing ethanol concentration [1]. However, during the pretreatment step some compounds (such as furans, phenolic compounds and weak acids) are produced. These compounds have an inhibitory effect on the microorganisms used for hydrolysate fermentation [2]. To overcome this, the use of a robust industrial strain together with agro-industrial by-products as nutritional supplementation was proposed to increase the ethanol productivities and yields. (...)

Optimization of peptide nucleic acid fluorescence in situ hybridization (PNA-FISH) for the detection of bacteria: the effect of pH, dextran sulfate and probe concentration

Fluorescence in situ hybridization (FISH) is a molecular technique widely used for the detection and characterization of microbial populations. FISH is affected by a wide variety of abiotic and biotic variables and the way they interact with each other. This is translated into a wide variability of FISH procedures found in the literature. The aim of this work is to systematically study the effects of pH, dextran sulfate and probe concentration in the FISH protocol, using a general peptide nucleic acid (PNA) probe for the Eubacteria domain. For this, response surface methodology was used to optimize these 3 PNA-FISH parameters for Gram-negative (Escherichia coli and Pseudomonas fluorescens) and Gram-positive species (Listeria innocua, Staphylococcus epidermidis and Bacillus cereus). The obtained results show that a probe concentration higher than 300 nM is favorable for both groups. Interestingly, a clear distinction between the two groups regarding the optimal pH and dextran sulfate concentration was found: a high pH (approx. 10), combined with lower dextran sulfate concentration (approx. 2% [w/v]) for Gram-negative species and near-neutral pH (approx. 8), together with higher dextran sulfate concentrations (approx. 10% [w/v]) for Gram-positive species. This behavior seems to result from an interplay between pH and dextran sulfate and their ability to influence probe concentration and diffusion towards the rRNA target. This study shows that, for an optimum hybridization protocol, dextran sulfate and pH should be adjusted according to the target bacteria.

Growth hormone for optimization of refractory heart failure treatment

It has been reported that growth hormone may benefit selected patients with congestive heart failure. A 63-year-old man with refractory congestive heart failure waiting for heart transplantation, depending on intravenous drugs (dobutamine) and presenting with progressive worsening of the clinical status and cachexia, despite standard treatment, received growth hormone replacement (8 units per day) for optimization of congestive heart failure management. Increase in both serum growth hormone levels (from 0.3 to 0.8 mg/l) and serum IGF-1 levels (from 130 to 300ng/ml) was noted, in association with clinical status improvement, better optimization of heart failure treatment and discontinuation of dobutamine infusion. Left ventricular ejection fraction (by MUGA) increased from 13 % to 18 % and to 28 % later, in association with reduction of pulmonary pressures and increase in exercise capacity (rise in peak VO2 to 13.4 and to 16.2ml/kg/min later). The patient was "de-listed" for heart transplantation. Growth hormone may benefit selected patients with refractory heart failure.

Automated network resilience optimization using computational intelligence methods

This paper presents an automated optimization framework able to provide network administrators with resilient routing configurations for link-state protocols, such as OSPF or IS-IS. In order to deal with the formulated NP-hard optimization problems, the devised framework is underpinned by the use of computational intelligence optimization engines, such as Multi-objective Evolutionary Algorithms (MOEAs). With the objective of demonstrating the framework capabilities, two illustrative Traffic Engineering methods are described, allowing to attain routing configurations robust to changes in the traffic demands and maintaining the network stable even in the presence of link failure events. The presented illustrative results clearly corroborate the usefulness of the proposed automated framework along with the devised optimization methods.

Microfluidic based on aqueous two-phase system for plasmidic DNA purification

Dissertação de mestrado em Bioquímica Aplicada (área de especialização em Biotecnologia)

The state of art of biological processes in paternal care

This review of the state of art aimed to present the most recent data on neuronal, neurochemical, hormonal and genetic bases of paternal care using MEDLINE and PsycInfo databases (1970-2013). An integrated model of biological substrates that assist men in the transition to fatherhood is presented. Guided by a genetic background, hypothalamic-midbrain-limbic-paralimbic-cortical circuits were found to be activated in fathers when infant stimuli are presented. A set of specifi c neuropeptides and steroid hormones are produced and seem to be related to brain activation, potentiating the paternal phenotype. Together, genetic, brain and hormonal processes suggest the existence of biological bases of paternal care in humans, activated and enhanced by infant stimuli and responsive to variations in the father-infant relationship.

Optimization techniques to detect early ventilation extubation in intensive care units

The decision support models in intensive care units are developed to support medical staff in their decision making process. However, the optimization of these models is particularly difficult to apply due to dynamic, complex and multidisciplinary nature. Thus, there is a constant research and development of new algorithms capable of extracting knowledge from large volumes of data, in order to obtain better predictive results than the current algorithms. To test the optimization techniques a case study with real data provided by INTCare project was explored. This data is concerning to extubation cases. In this dataset, several models like Evolutionary Fuzzy Rule Learning, Lazy Learning, Decision Trees and many others were analysed in order to detect early extubation. The hydrids Decision Trees Genetic Algorithm, Supervised Classifier System and KNNAdaptive obtained the most accurate rate 93.2%, 93.1%, 92.97% respectively, thus showing their feasibility to work in a real environment.

Implications of the Hemodynamic Optimization Approach Guided by Right Heart Catheterization in Patients with Severe Heart Failure

OBJECTIVE: To report the hemodynamic and functional responses obtained with clinical optimization guided by hemodynamic parameters in patients with severe and refractory heart failure. METHODS: Invasive hemodynamic monitoring using right heart catheterization aimed to reach low filling pressures and peripheral resistance. Frequent adjustments of intravenous diuretics and vasodilators were performed according to the hemodynamic measurements. RESULTS: We assessed 19 patients (age = 48±12 years and ejection fraction = 21±5%) with severe heart failure. The intravenous use of diuretics and vasodilators reduced by 12 mm Hg (relative reduction of 43%) pulmonary artery occlusion pressure (P<0.001), with a concomitant increment of 6 mL per beat in stroke volume (relative increment of 24%, P<0.001). We observed significant associations between pulmonary artery occlusion pressure and mean pulmonary artery pressure (r=0.76; P<0.001) and central venous pressure (r=0.63; P<0.001). After clinical optimization, improvement in functional class occurred (P< 0.001), with a tendency towards improvement in ejection fraction and no impairment to renal function. CONCLUSION: Optimization guided by hemodynamic parameters in patients with refractory heart failure provides a significant improvement in the hemodynamic profile with concomitant improvement in functional class. This study emphasizes that adjustments in blood volume result in imme-diate benefits for patients with severe heart failure.

Procesos de cambio en la cultura jurídica: análisis desde la experiencia del juicio por jurados. Processes of change in the Legal Culture: Analysis from the Experience of Jury Trials.

El presente proyecto de investigación se orienta a analizar la institución del juicio por jurados, considerada como un punto estratégico para la observación de los procesos de cambio que recorren la cultura jurídica en Argentina. Frente a las múltiples transformaciones y a los intensos procesos de reestructuración de las relaciones sociales observados en el contexto latinoamericano y especialmente en Argentina, la necesidad de reconstruir la legitimidad de los jueces ante la opinión pública se ha vuelto impostergable, y el recurso a la participación popular en el campo judicial aparece como un instrumento útil para ello. Analizar la efectividad de esta estrategia para la legitimación del poder judicial es uno de los objetivos del presente proyecto de investigación. Abordar dicho objetivo implica, indagar en la relación entre la administración de justicia y diferentes actores sociales, especialmente los miembros de la profesión jurídica y la opinión pública.Se explora igualmente la contradicción entre el hecho de que esta institución, nacida para atenuar la dureza de los castigos, se ha implementado recientemente en la provincia de Córdoba en la situación inversa. El modo en que la tensión entre el espíritu garantista de los jueces y la demanda de castigos de los ciudadanos comunes se manejará en la práctica de los juicios por jurado, y su incidencia en el éxito de las estrategias legitimadoras del poder judicial, aparece como una cuestión relevante para el análisis que se propone. Con la utilización de diferentes fuentes de información cuantitativas y cualitativas, se espera que el análisis de la implementación del juicio penal con jurados populares en la provincia de Córdoba propuesto en el presente proyecto, contribuya a documentar los niveles de articulación entre la cultura jurídica interna y externa.

Transformacion de Productos Regionales mediante procesos catalíticos. Transformation of Regional products by catalytic processes.

En este proyecto se plantea la posibilidad de aumentar el valor agregado de compuestos abundantes en nuestro país (terpenos y glicerol) mediante reacciones de oxidación y transesterificación, reemplazando los procesos homogéneos existentes por procesos heterogéneos eco-compatibles. Para ello se desarrollarán catalizadores heterogéneos del tipo MCM-41 e hidroxidos de doble capa (HDC) que posean la función activa específica para estas reacciones bajo estudio.El limoneno, principal componente del aceite esencial de limón y los alfa- y beta- pinenos, presentes en el aceite de trementina, son materiales base ampliamente disponibles. Su oxifuncionalización catalítica, mediante reacciones de epoxidación u oxidación alilica, permite producir una gran variedad de productos como fragancias, agroquímicos, medicinas, etc. En tanto, se espera un marcado incremento en la disponibilidad de glicerol, subproducto de la producción de biodiesel. Mediante su transesterificación catalítica heterogénea es posible obtener selectivamente monoésteres, los cuales tienen importantes aplicaciones como emulsionantes o agentes de estabilización en la producción de fármacos, cosméticos y alimentos. El diseño y síntesis de los materiales catalíticos mencionados permitirá la obtención de productos químicos finos por métodos limpios con bajo impacto ambiental, atendiendo a los altos niveles de contaminación ambiental generados por los procesos homogéneos tradicionales.

Optimización en el cómputos de algoritmos de cuadratura para funciones especiales. Optimization of quadrature algorithms for special functions.

En nuestro proyecto anterior aproximamos el cálculo de una integral definida con integrandos de grandes variaciones funcionales. Nuestra aproximación paraleliza el algoritmo de cómputo de un método adaptivo de cuadratura, basado en reglas de Newton-Cote. Los primeros resultados obtenidos fueron comunicados en distintos congresos nacionales e internacionales; ellos nos permintieron comenzar con una tipificación de las reglas de cuadratura existentes y una clasificación de algunas funciones utilizadas como funciones de prueba. Estas tareas de clasificación y tipificación no las hemos finalizado, por lo que pretendemos darle continuidad a fin de poder informar sobre la conveniencia o no de utilizar nuestra técnica. Para llevar adelante esta tarea se buscará una base de funciones de prueba y se ampliará el espectro de reglas de cuadraturas a utilizar. Además, nos proponemos re-estructurar el cálculo de algunas rutinas que intervienen en el cómputo de la mínima energía de una molécula. Este programa ya existe en su versión secuencial y está modelizado utilizando la aproximación LCAO. El mismo obtiene resultados exitosos en cuanto a precisión, comparado con otras publicaciones internacionales similares, pero requiere de un tiempo de cálculo significativamente alto. Nuestra propuesta es paralelizar el algoritmo mencionado abordándolo al menos en dos niveles: 1- decidir si conviene distribuir el cálculo de una integral entre varios procesadores o si será mejor distribuir distintas integrales entre diferentes procesadores. Debemos recordar que en los entornos de arquitecturas paralelas basadas en redes (típicamente redes de área local, LAN) el tiempo que ocupa el envío de mensajes entre los procesadores es muy significativo medido en cantidad de operaciones de cálculo que un procesador puede completar. 2- de ser necesario, paralelizar el cálculo de integrales dobles y/o triples. Para el desarrollo de nuestra propuesta se desarrollarán heurísticas para verificar y construir modelos en los casos mencionados tendientes a mejorar las rutinas de cálculo ya conocidas. A la vez que se testearán los algoritmos con casos de prueba. La metodología a utilizar es la habitual en Cálculo Numérico. Con cada propuesta se requiere: a) Implementar un algoritmo de cálculo tratando de lograr versiones superadoras de las ya existentes. b) Realizar los ejercicios de comparación con las rutinas existentes para confirmar o desechar una mejor perfomance numérica. c) Realizar estudios teóricos de error vinculados al método y a la implementación. Se conformó un equipo interdisciplinario integrado por investigadores tanto de Ciencias de la Computación como de Matemática. Metas a alcanzar Se espera obtener una caracterización de las reglas de cuadratura según su efectividad, con funciones de comportamiento oscilatorio y con decaimiento exponencial, y desarrollar implementaciones computacionales adecuadas, optimizadas y basadas en arquitecturas paralelas.

Participación del tráfico y la distribución de proteínas en la polaridad y el desarrollo de procesos neuronales. Protein sorting and trafficking participation in neuronal processes polarity and development.

El estudio del tráfico intracelular en neuronas ha despertado gran interés en los últimos años, debido a que un gran número de enfermedades neurodegenerativas y neuropsiquiátricas parecen tener origen en en el transporte defectuoso de proteínas en estos tipos celulares. Mediante el uso de técnicas de biología celular y molecular, fuimos capaces de describir una de las vías que regula la fisión de las vesículas que llevan su cargo desde la última cisterna del Aparato de Golgi hacia la superficie celular en células epiteliales no polarizadas. Uno de los componentes clave de esa vía resultó ser la Proteina Kinasa D1 (PKD1), cuya actividad en el Aparato de Golgi es esencial para un normal transporte intracelular. Sorprendentemente, observamos que la PKD1 en neuronas con polaridad establecida no regula la fisión en el Golgi, pero si estaría involucrada en la selectividad y distribución (sorting) de vesículas cuyo cargo debe ser específicamente dirigido a las membranas dendríticas. El bloqueo de la actividad de la PKD1 no solamente cambia el destino final de estos cargos, que son enviados de esta forma a la membrana terminal del axón, sino que también es capaz de inducir defectos en el desarrollo y crecimiento de los procesos dendríticos a largo plazo. En este proyecto estudiaremos de que manera influye la perturbación del sorting, en ausencia de PKD1 activa y de otros componentes que la regulan, en la distribución de receptores de factores neurotróficos y de neurotransmisores glutamatérgicos, y cómo estos cambios en su distribución afectan el número, tamaño, y funcionalidad de los procesos neuronales (axones y dendritas). Estos resultados contribuirán a adquirir mayores conocimientos de los mecanismos dependientes del transporte y sorting de proteínas de membrana que participan en la regulación del crecimiento neuronal, los cuales a su vez aportarán información valiosa en la comprensión de un gran número de enfermedades neurológicas. The study of intracellular trafficking in neurons has arisen a great deal of interest in the last years, since a great number of neurodegenerative and neuropsychiatric disorders seem to be originated in abnormal protein transport in these type of cells. Using cell and molecular biology methodologies, we have been capable of describe one of the pathways that regulate the fission of vesicles that carry their cargo from the last Golgi Apparatus cisternae to the cell surface in non-polarized epithelial cells. One of the key components in this pathway is the Protein Kinase D1 (PKD1), whose activity in the Golgi Apparatus is essential for a normal intracelular transport. Surprisingly, we have observed that PKD1 does not regulate fission in neurons with established polarity, but it would be involved in vesicles' sorting at Golgi, particularly of those that carry specific dendritic cargo. Blocking PKD1 activity changes the final destination of these cargoes, which is now sent to the axons' terminal membranes, and also produces late dendritic development and growing defects. In this project we will study how sorting perturbation in absence of PKD1 and its regulators activities influences selectivity and distribution of neurotrophic and neurotransmitter receptors, and how these sorting changes affect number, size and functionality of neuronal processes (axons and dendrites). These results will help to acquire greater knowledge about transport and sorting mechanisms of neuronal growth regulatory membrane proteins. In addition, these studies will contribute with new valuable information necessary to understand numerous neurological diseases.