A generalized finite element method with global-local enrichment functions for confined plasticity problems

The main feature of partition of unity methods such as the generalized or extended finite element method is their ability of utilizing a priori knowledge about the solution of a problem in the form of enrichment functions. However, analytical derivation of enrichment functions with good approximation properties is mostly limited to two-dimensional linear problems. This paper presents a procedure to numerically generate proper enrichment functions for three-dimensional problems with confined plasticity where plastic evolution is gradual. This procedure involves the solution of boundary value problems around local regions exhibiting nonlinear behavior and the enrichment of the global solution space with the local solutions through the partition of unity method framework. This approach can produce accurate nonlinear solutions with a reduced computational cost compared to standard finite element methods since computationally intensive nonlinear iterations can be performed on coarse global meshes after the creation of enrichment functions properly describing localized nonlinear behavior. Several three-dimensional nonlinear problems based on the rate-independent J (2) plasticity theory with isotropic hardening are solved using the proposed procedure to demonstrate its robustness, accuracy and computational efficiency.

On S-asymptotically omega-periodic functions and applications

Let (X, parallel to . parallel to) be a Banach space and omega is an element of R. A bounded function u is an element of C([0, infinity); X) is called S-asymptotically omega-periodic if lim(t ->infinity)[u(t + omega) - u(t)] = 0. In this paper, we establish conditions under which an S-asymptotically omega-periodic function is asymptotically omega-periodic and we discuss the existence of S-asymptotically omega-periodic and asymptotically omega-periodic solutions for an abstract integral equation. Some applications to partial differential equations and partial integro-differential equations are considered. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Kurzweil integral for Riesz space-valued functions: Uniform convergence theorem

Our objective here is to prove that the uniform convergence of a sequence of Kurzweil integrable functions implies the convergence of the sequence formed by its corresponding integrals.

Exact correlation functions in particle-reaction models with immobile particles

Exact results on particle densities as well as correlators in two models of immobile particles, containing either a single species or else two distinct species, are derived. The models evolve following a descent dynamics through pair annihilation where each particle interacts once at most throughout its entire history. The resulting large number of stationary states leads to a non-vanishing configurational entropy. Our results are established for arbitrary initial conditions and are derived via a generating function method. The single-species model is the dual of the 1D zero-temperature kinetic Ising model with Kimball-Deker-Haake dynamics. In this way, both in finite and semi-infinite chains and also the Bethe lattice can be analysed. The relationship with the random sequential adsorption of dimers and weakly tapped granular materials is discussed.

Identification of novel components of NAD-utilizing metabolic pathways and prediction of their biochemical functions

Nicotinamide adenine dinucleotide (NAD) is a ubiquitous cofactor participating in numerous redox reactions. It is also a substrate for regulatory modifications of proteins and nucleic acids via the addition of ADP-ribose moieties or removal of acyl groups by transfer to ADP-ribose. In this study, we use in-depth sequence, structure and genomic context analysis to uncover new enzymes and substrate-binding proteins in NAD-utilizing metabolic and macromolecular modification systems. We predict that Escherichia coli YbiA and related families of domains from diverse bacteria, eukaryotes, large DNA viruses and single strand RNA viruses are previously unrecognized components of NAD-utilizing pathways that probably operate on ADP-ribose derivatives. Using contextual analysis we show that some of these proteins potentially act in RNA repair, where NAD is used to remove 2'-3' cyclic phosphodiester linkages. Likewise, we predict that another family of YbiA-related enzymes is likely to comprise a novel NAD-dependent ADP-ribosylation system for proteins, in conjunction with a previously unrecognized ADP-ribosyltransferase. A similar ADP-ribosyltransferase is also coupled with MACRO or ADP-ribosylglycohydrolase domain proteins in other related systems, suggesting that all these novel systems are likely to comprise pairs of ADP-ribosylation and ribosylglycohydrolase enzymes analogous to the DraG-DraT system, and a novel group of bacterial polymorphic toxins. We present evidence that some of these coupled ADP-ribosyltransferases/ribosylglycohydrolases are likely to regulate certain restriction modification enzymes in bacteria. The ADP-ribosyltransferases found in these, the bacterial polymorphic toxin and host-directed toxin systems of bacteria such as Waddlia also throw light on the evolution of this fold and the origin of eukaryotic polyADP-ribosyltransferases and NEURL4-like ARTs, which might be involved in centrosomal assembly. We also infer a novel biosynthetic pathway that might be involved in the synthesis of a nicotinate-derived compound in conjunction with an asparagine synthetase and AMPylating peptide ligase. We use the data derived from this analysis to understand the origin and early evolutionary trajectories of key NAD-utilizing enzymes and present targets for future biochemical investigations.

Alteration of distortion product otoacoustic emission input/output functions in subjects with a previous history of middle ear dysfunction

Background: The aim of this study was to investigate the effects of sub-clinical alterations on the amplitudes and slopes of the DPOAE input-output responses from subjects with previous history of middle ear dysfunction. Material/Methods: The study included 15 subjects with and 15 subjects without a history of otitis media in the last 10 years. All participants were assessed with acoustic immittance, pure-tone audiometry, and DPOAEs. For the later, I/O functions and I/O slopes were estimated at 1501, 2002, 3174, 4004 and 6384Hz. Results: No statistically significant differences were found between the 2 groups in terms of behavioral thresholds. The group with a previous history of middle ear dysfunction presented significantly lower mean DPOAE amplitudes at 2002, 3174 and 4004 Hz. In terms of DPOAE slopes, no statistically significant differences were observed at the tested frequencies, except at 3174 Hz. Conclusions: Middle ear pathologies can produce subclinical alterations that are undetectable with traditional pure-tone audiometry. The data from the present study show that reduced amplitude DPOAEs are associated with a previous history of middle ear complications. The corresponding DPOAE slopes were affected at only 1 tested frequency, suggesting that the cochlear non-linearity is preserved. Considering these results, it remains to be elucidated to what degree the DPOAE amplitude attenuation interferes with higher-order auditory tasks.

Random regression analyses using B-spline functions to model growth of Nellore cattle

The objective of this study was to estimate (co)variance components using random regression on B-spline functions to weight records obtained from birth to adulthood. A total of 82 064 weight records of 8145 females obtained from the data bank of the Nellore Breeding Program (PMGRN/Nellore Brazil) which started in 1987, were used. The models included direct additive and maternal genetic effects and animal and maternal permanent environmental effects as random. Contemporary group and dam age at calving (linear and quadratic effect) were included as fixed effects, and orthogonal Legendre polynomials of age (cubic regression) were considered as random covariate. The random effects were modeled using B-spline functions considering linear, quadratic and cubic polynomials for each individual segment. Residual variances were grouped in five age classes. Direct additive genetic and animal permanent environmental effects were modeled using up to seven knots (six segments). A single segment with two knots at the end points of the curve was used for the estimation of maternal genetic and maternal permanent environmental effects. A total of 15 models were studied, with the number of parameters ranging from 17 to 81. The models that used B-splines were compared with multi-trait analyses with nine weight traits and to a random regression model that used orthogonal Legendre polynomials. A model fitting quadratic B-splines, with four knots or three segments for direct additive genetic effect and animal permanent environmental effect and two knots for maternal additive genetic effect and maternal permanent environmental effect, was the most appropriate and parsimonious model to describe the covariance structure of the data. Selection for higher weight, such as at young ages, should be performed taking into account an increase in mature cow weight. Particularly, this is important in most of Nellore beef cattle production systems, where the cow herd is maintained on range conditions. There is limited modification of the growth curve of Nellore cattle with respect to the aim of selecting them for rapid growth at young ages while maintaining constant adult weight.

Longitudinal familial analysis of blood pressure involving parametric (co)variance functions

Abstract Background For analyzing longitudinal familial data we adopted a log-linear form to incorporate heterogeneity in genetic variance components over the time, and additionally a serial correlation term in the genetic effects at different levels of ages. Due to the availability of multiple measures on the same individual, we permitted environmental correlations that may change across time. Results Systolic blood pressure from family members from the first and second cohort was used in the current analysis. Measures of subjects receiving hypertension treatment were set as censored values and they were corrected. An initial check of the variance and covariance functions proposed for analyzing longitudinal familial data, using empirical semi-variogram plots, indicated that the observed trait dispersion pattern follows the assumptions adopted. Conclusion The corrections for censored phenotypes based on ordinary linear models may be an appropriate simple model to correct the data, ensuring that the original variability in the data was retained. In addition, empirical semi-variogram plots are useful for diagnosis of the (co)variance model adopted.

Reconstruction of spatiotemporal capture data by means of orthogonal functions: the case of skipjack tuna (Katsuwonus pelamis) in the central-east Atlantic

[EN] The information provided by the International Commission for the Conservation of Atlantic Tunas (ICCAT) on captures of skipjack tuna (Katsuwonus pelamis) in the central-east Atlantic has a number of limitations, such as gaps in the statistics for certain fleets and the level of spatiotemporal detail at which catches are reported. As a result, the quality of these data and their effectiveness for providing management advice is limited. In order to reconstruct missing spatiotemporal data of catches, the present study uses Data INterpolating Empirical Orthogonal Functions (DINEOF), a technique for missing data reconstruction, applied here for the first time to fisheries data. DINEOF is based on an Empirical Orthogonal Functions decomposition performed with a Lanczos method. DINEOF was tested with different amounts of missing data, intentionally removing values from 3.4% to 95.2% of data loss, and then compared with the same data set with no missing data. These validation analyses show that DINEOF is a reliable methodological approach of data reconstruction for the purposes of fishery management advice, even when the amount of missing data is very high.

Introduzione alla teoria delle ranking functions

La tesi si occupa della teoria delle ranking functions di W. Spohn, dottrina epistemologica il cui fine è dare una veste logica rigorosa ai concetti di causalità, legge di natura, spiegazione scientifica, a partire dalla nozione di credenza. Di tale teoria manca ancora una esposizione organica e unitaria e, soprattutto, formulata in linguaggio immediatamente accessibile. Nel mio lavoro, che si presenta come introduzione ad essa, è anche messa a raffronto con le teorie che maggiormente l’hanno influenzata o rispetto alle quali si pone come avversaria. Il PRIMO CAPITOLO si concentra sulla teoria di P. Gärdenfors, il più diretto predecessore e ispiratore di Spohn. Questo consente al lettore di acquisire familiarità con le nozioni di base della logica epistemica. La conoscenza, nella teoria del filosofo svedese, è concepita come processo di acquisizione ed espulsione di credenze, identificate con proposizioni, da un insieme. I tre maggiori fenomeni epistemici sono l’espansione, la revisione e la contrazione. Nel primo caso si immagazzina una proposizione in precedenza sconosciuta, nel secondo se ne espelle una a causa dell’acquisizione della sua contraddittoria, nel terzo si cancella una proposizione per amore di ipotesi e si investigano le conseguenze di tale cancellazione. Controparte linguistica di quest’ultimo fenomeno è la formulazione di un condizionale controfattuale. L’epistemologo, così come Gärdenfors concepisce il suo compito, è fondamentalmente un logico che deve specificare funzioni: vale a dire, le regole che deve rispettare ciascun passaggio da un insieme epistemico a un successivo per via di espansione, revisione e contrazione. Il SECONDO CAPITOLO tratta infine della teoria di Spohn, cercando di esporla in modo esauriente ma anche molto semplice. Anche in Spohn evidentemente il concetto fondamentale è quello di funzione: si tratta però in questo caso di quella regola di giudizio soggettivo che, a ciascuna credenza, identificata con una proposizione, associa un grado (un rank), espresso da un numero naturale positivo o dallo zero. Un rank è un grado di non-credenza (disbelief). Perché la non-credenza (che comporta un notevole appesantimento concettuale)? Perché le leggi della credenza così concepite presentano quella che Spohn chiama una “pervasiva analogia” rispetto alle leggi della probabilità (Spohn la chiama persino “armonia prestabilita” ed è un campo su cui sta ancora lavorando). Essenziale è il concetto di condizionalizzazione (analogo a quello di probabilità condizionale): a una credenza si associa un rank sulla base di (almeno) un’altra credenza. Grazie a tale concetto Spohn può formalizzare un fenomeno che a Gärdenfors sfugge, ossia la presenza di correlazioni interdoxastiche tra le credenze di un soggetto. Nella logica epistemica del predecessore, infatti, tutto si riduce all’inclusione o meno di una proposizione nell’insieme, non si considerano né gradi di credenza né l’idea che una credenza sia creduta sulla base di un’altra. Il TERZO CAPITOLO passa alla teoria della causalità di Spohn. Anche questa nozione è affrontata in prospettiva epistemica. Non ha senso, secondo Spohn, chiedersi quali siano i tratti “reali” della causalità “nel mondo”, occorre invece studiare che cosa accade quando si crede che tra due fatti o eventi sussista una correlazione causale. Anche quest’ultima è fatta oggetto di una formalizzazione logica rigorosa (e diversificata, infatti Spohn riconosce vari tipi di causa). Una causa “innalza lo status epistemico” dell’effetto: vale a dire, quest’ultimo è creduto con rank maggiore (ossia minore, se ci si concentra sulla non-credenza) se condizionalizzato sulla causa. Nello stesso capitolo espongo la teoria della causalità di Gärdenfors, che però è meno articolata e minata da alcuni errori. Il QUARTO CAPITOLO è tutto dedicato a David Lewis e alla sua teoria controfattuale della causalità, che è il maggiore avversario tanto di Spohn quanto di Gärdenfors. Secondo Lewis la migliore definizione di causa può essere data in termini controfattuali: la causa è un evento tale che, se non fosse accaduto, nemmeno l’effetto sarebbe accaduto. Naturalmente questo lo obbliga a specificare una teoria delle condizioni di verità di tale classe di enunciati che, andando contro i fatti per definizione, non possono essere paragonati alla realtà. Lewis ricorre allora alla dottrina dei mondi possibili e della loro somiglianza comparativa, concludendo che un controfattuale è vero se il mondo possibile in cui il suo antecedente e il suo conseguente sono veri è più simile al mondo attuale del controfattuale in cui il suo antecedente è vero e il conseguente è falso. Il QUINTO CAPITOLO mette a confronto la teoria di Lewis con quelle di Spohn e Gärdenfors. Quest’ultimo riduce i controfattuali a un fenomeno linguistico che segnala il processo epistemico di contrazione, trattato nel primo capitolo, rifiutando così completamente la dottrina dei mondi possibili. Spohn non affronta direttamente i controfattuali (in quanto a suo dire sovraccarichi di sottigliezze linguistiche di cui non vuole occuparsi – ha solo un abbozzo di teoria dei condizionali) ma dimostra che la sua teoria è superiore a quella di Lewis perché riesce a rendere conto, con estrema esattezza, di casi problematici di causalità che sfuggono alla formulazione controfattuale. Si tratta di quei casi in cui sono in gioco, rafforzandosi a vicenda o “concorrendo” allo stesso effetto, più fattori causali (casi noti nella letteratura come preemption, trumping etc.). Spohn riesce a renderne conto proprio perché ha a disposizione i rank numerici, che consentono un’analisi secondo cui a ciascun fattore causale è assegnato un preciso ruolo quantitativamente espresso, mentre la dottrina controfattuale è incapace di operare simili distinzioni (un controfattuale infatti è vero o falso, senza gradazioni). Il SESTO CAPITOLO si concentra sui modelli di spiegazione scientifica di Hempel e Salmon, e sulla nozione di causalità sviluppata da quest’ultimo, mettendo in luce soprattutto il ruolo (problematico) delle leggi di natura e degli enunciati controfattuali (a questo proposito sono prese in considerazione anche le famose critiche di Goodman e Chisholm). Proprio dalla riflessione su questi modelli infatti è scaturita la teoria di Gärdenfors, e tanto la dottrina del filosofo svedese quanto quella di Spohn possono essere viste come finalizzate a rendere conto della spiegazione scientifica confrontandosi con questi modelli meno recenti. Il SETTIMO CAPITOLO si concentra sull’analisi che la logica epistemica fornisce delle leggi di natura, che nel capitolo precedente sono ovviamente emerse come elemento fondamentale della spiegazione scientifica. Secondo Spohn le leggi sono innanzitutto proposizioni generali affermative, che sono credute in modo speciale. In primo luogo sono credute persistentemente, vale a dire, non sono mai messe in dubbio (tanto che se si incappa in una loro contro-istanza si va alla ricerca di una violazione della normalità che la giustifichi). In secondo luogo, guidano e fondano la credenza in altre credenze specifiche, che sono su di esse condizionalizzate (si riprendono, con nuovo rigore logico, le vecchie idee di Wittgenstein e di Ramsey e il concetto di legge come inference ticket). In terzo luogo sono generalizzazioni ricavate induttivamente: sono oggettivazioni di schemi induttivi. Questo capitolo si sofferma anche sulla teoria di legge offerta da Gärdenfors (analoga ma embrionale) e sull’analisi che Spohn fornisce della nozione di clausola ceteris paribus. L’OTTAVO CAPITOLO termina l’analisi cominciata con il sesto, considerando finalmente il modello epistemico della spiegazione scientifica. Si comincia dal modello di Gärdenfors, che si mostra essere minato da alcuni errori o comunque caratterizzato in modo non sufficientemente chiaro (soprattutto perché non fa ricorso, stranamente, al concetto di legge). Segue il modello di Spohn; secondo Spohn le spiegazioni scientifiche sono caratterizzate dal fatto che forniscono (o sono finalizzate a fornire) ragioni stabili, vale a dire, riconducono determinati fenomeni alle loro cause e tali cause sono credute in modo persistente. Con una dimostrazione logica molto dettagliata e di acutezza sorprendente Spohn argomenta che simili ragioni, nel lungo periodo, devono essere incontrate. La sua quindi non è solo una teoria della spiegazione scientifica che elabori un modello epistemico di che cosa succede quando un fenomeno è spiegato, ma anche una teoria dello sviluppo della scienza in generale, che incoraggia a perseguire la ricerca delle cause come necessariamente coronata da successo. Le OSSERVAZIONI CONCLUSIVE fanno il punto sulle teorie esposte e sul loro raffronto. E’ riconosciuta la superiorità della teoria di Spohn, di cui si mostra anche che raccoglie in pieno l’eredità costruttiva di Hume, al quale gli avversari si rifanno costantemente ma in modo frammentario. Si analizzano poi gli elementi delle teorie di Hempel e Salmon che hanno precorso l’impostazione epistemica. La teoria di Spohn non è esente però da alcuni punti ancora problematici. Innanzitutto, il ruolo della verità; in un primo tempo Spohn sembra rinunciare, come fa esplicitamente il suo predecessore, a trattare la verità, salvo poi invocarla quando si pone il grave problema dell’oggettivazione delle ranking functions (il problema si presenta poiché di esse inizialmente si dice che sono regole soggettive di giudizio e poi si identificano in parte con le leggi di natura). C’è poi la dottrina dei gradi di credenza che Spohn dice presentarsi “unitamente alle proposizioni” e che costituisce un inutile distacco dal realismo psicologico (critica consueta alla teoria): basterebbe osservare che i gradi di credenza sono ricavati o per condizionalizzazione automatica sulla base del tipo di fonte da cui una proposizione proviene, o per paragone immaginario con altre fonti (la maggiore o minore credenza infatti è un concetto relazionale: si crede di più o di meno “sulla base di…” o “rispetto a…”). Anche la trattazione delle leggi di natura è problematica; Spohn sostiene che sono ranking functions: a mio avviso invece esse concorrono a regole di giudizio, che prescrivono di impiegare le leggi stesse per valutare proposizioni o aspettative. Una legge di natura è un ingranaggio, per così dire, di una valutazione di certezza ma non si identifica totalmente con una legge di giudizio. I tre criteri che Spohn individua per distinguere le leggi poi non sono rispettati da tutte e sole le leggi stesse: la generalizzazione induttiva può anche dare adito a pregiudizi, e non di tutte le leggi si sono viste, individualmente, istanze ripetute tanto da giustificarle induttivamente. Infine, un episodio reale di storia della scienza come la scoperta della sintesi dell’urea da parte di F. Wöhler (1828 – ottenendo carbammide, organico, da due sostanze inorganiche, dimostra che non è vera la legge di natura fini a quel momento presunta tale secondo cui “sostanze organiche non possono essere ricavate da sostanze inorganiche”) è indice che le leggi di natura non sono sempre credute in modo persistente, cosicché per comprendere il momento della scoperta è pur sempre necessario rifarsi a una teoria di tipo popperiano, rispetto alla quale Spohn presenta invece la propria in assoluta antitesi.

Impedance functions of end-bearing inclined piles.

[EN]In this work, stiffness and damping functions of pile foundations with inclined end-bearing piles have been computed for square 2X2 and 3X3 pile groups embedded in a soft stratum overlaying a rigid bedrock. The paper algo invetigates the influence that the assumption of a perfectly rigid bedrock and fixed boundary conditions at the pile tips have on the impedance functions.

Transcriptional functions of DNA Topoisomerases at a genome-wide scale and a single gene levels

The DNA topology is an important modifier of DNA functions. Torsional stress is generated when right handed DNA is either over- or underwound, producing structural deformations which drive or are driven by processes such as replication, transcription, recombination and repair. DNA topoisomerases are molecular machines that regulate the topological state of the DNA in the cell. These enzymes accomplish this task by either passing one strand of the DNA through a break in the opposing strand or by passing a region of the duplex from the same or a different molecule through a double-stranded cut generated in the DNA. Because of their ability to cut one or two strands of DNA they are also target for some of the most successful anticancer drugs used in standard combination therapies of human cancers. An effective anticancer drug is Camptothecin (CPT) that specifically targets DNA topoisomerase 1 (TOP 1). The research project of the present thesis has been focused on the role of human TOP 1 during transcription and on the transcriptional consequences associated with TOP 1 inhibition by CPT in human cell lines. Previous findings demonstrate that TOP 1 inhibition by CPT perturbs RNA polymerase (RNAP II) density at promoters and along transcribed genes suggesting an involvement of TOP 1 in RNAP II promoter proximal pausing site. Within the transcription cycle, promoter pausing is a fundamental step the importance of which has been well established as a means of coupling elongation to RNA maturation. By measuring nascent RNA transcripts bound to chromatin, we demonstrated that TOP 1 inhibition by CPT can enhance RNAP II escape from promoter proximal pausing site of the human Hypoxia Inducible Factor 1 (HIF-1) and c-MYC genes in a dose dependent manner. This effect is dependent from Cdk7/Cdk9 activities since it can be reversed by the kinases inhibitor DRB. Since CPT affects RNAP II by promoting the hyperphosphorylation of its Rpb1 subunit the findings suggest that TOP 1inhibition by CPT may increase the activity of Cdks which in turn phosphorylate the Rpb1 subunit of RNAP II enhancing its escape from pausing. Interestingly, the transcriptional consequences of CPT induced topological stress are wider than expected. CPT increased co-transcriptional splicing of exon1 and 2 and markedly affected alternative splicing at exon 11. Surprisingly despite its well-established transcription inhibitory activity, CPT can trigger the production of a novel long RNA (5’aHIF-1) antisense to the human HIF-1 mRNA and a known antisense RNA at the 3’ end of the gene, while decreasing mRNA levels. The effects require TOP 1 and are independent from CPT induced DNA damage. Thus, when the supercoiling imbalance promoted by CPT occurs at promoter, it may trigger deregulation of the RNAP II pausing, increased chromatin accessibility and activation/derepression of antisense transcripts in a Cdks dependent manner. A changed balance of antisense transcripts and mRNAs may regulate the activity of HIF-1 and contribute to the control of tumor progression After focusing our TOP 1 investigations at a single gene level, we have extended the study to the whole genome by developing the “Topo-Seq” approach which generates a map of genome-wide distribution of sites of TOP 1 activity sites in human cells. The preliminary data revealed that TOP 1 preferentially localizes at intragenic regions and in particular at 5’ and 3’ ends of genes. Surprisingly upon TOP 1 downregulation, which impairs protein expression by 80%, TOP 1 molecules are mostly localized around 3’ ends of genes, thus suggesting that its activity is essential at these regions and can be compensate at 5’ ends. The developed procedure is a pioneer tool for the detection of TOP 1 cleavage sites across the genome and can open the way to further investigations of the enzyme roles in different nuclear processes.