Modelling of microstructure formation and evolution during solidification

A comprehensive probabilistic model for simulating microstructure formation and evolution during solidification has been developed, based on coupling a Finite Differential Method (FDM) for macroscopic modelling of heat diffusion to a modified Cellular Automaton (mCA) for microscopic modelling of nucleation, growth of microstructures and solute diffusion. The mCA model is similar to Nastac's model for handling solute redistribution in the liquid and solid phases, curvature and growth anisotropy, but differs in the treatment of nucleation and growth. The aim is to improve understanding of the relationship between the solidification conditions and microstructure formation and evolution. A numerical algorithm used for FDM and mCA was developed. At each coarse scale, temperatures at FDM nodes were calculated while nucleation-growth simulation was done at a finer scale, with the temperature at the cell locations being interpolated from those at the coarser volumes. This model takes account of thermal, curvature and solute diffusion effects. Therefore, it can not only simulate microstructures of alloys both on the scale of grain size (macroscopic level) and the dendrite tip length (mesoscopic level), but also investigate nucleation mechanisms and growth kinetics of alloys solidified with various solute concentrations and solidification morphologies. The calculated results are compared with values of grain sizes and solidification morphologies of microstructures obtained from a set of casting experiments of Al-Si alloys in graphite crucibles.

A uniform white-noise model for fixed-point roundoff errors in digital systems

Fixed-point roundoff noise in digital implementation of linear systems arises due to overflow, quantization of coefficients and input signals, and arithmetical errors. In uniform white-noise models, the last two types of roundoff errors are regarded as uniformly distributed independent random vectors on cubes of suitable size. For input signal quantization errors, the heuristic model is justified by a quantization theorem, which cannot be directly applied to arithmetical errors due to the complicated input-dependence of errors. The complete uniform white-noise model is shown to be valid in the sense of weak convergence of probabilistic measures as the lattice step tends to zero if the matrices of realization of the system in the state space satisfy certain nonresonance conditions and the finite-dimensional distributions of the input signal are absolutely continuous.

Systemic administration of interleukin-1 beta activates select populations of central amygdala afferents

The central nucleus of the amygdala (CeA) is activated robustly by an immune challenge such as the systemic administration of the proinflammatory cytokine interleukin-1beta (IL-1beta). Because IL-1beta is not believed to cross the blood-brain barrier in any significant amount, it is likely that IL-1beta elicits CeA cell recruitment by means of activation of afferents to the CeA. However, although many studies have investigated the origins of afferent inputs to the CeA, we do not know which of these also respond to IL-1beta. Therefore, to identify candidate neurons responsible for the recruitment of CeA cells by an immune challenge, we iontophoretically deposited a retrograde tracer, cholera toxin b-subunit (CTb), into the CeA of rats 7 days before systemic delivery of IL-1beta (1 mug/kg, i.a.). By using combined immunohistochemistry, we then quantified the number of Fos-positive CTb cells in six major regions known to innervate the CeA. These included the medial prefrontal cortex, paraventricular thalamus (PVT), ventral tegmental area, parabrachial nucleus (PB), nucleus tractus solitarius, and ventrolateral medulla. Our results show that after deposit of CTb into the CeA, the majority of double-labeled cells were located in the PB and the PVT, suggesting that CeA cell activation by systemic IL-1beta is likely to arise predominantly from cell bodies located in these regions. These findings may have significant implications in determining the central pathways involved in generating acute central responses to a systemic immune challenge. J. Comp. Neurol. 452:288-296, 2002. (C) 2002 Wiley-Liss, Inc.

Opposing roles for medial and central amygdala in the initiation of noradrenergic cell responses to a psychological stressor

Psychological stressors trigger the activation of medullary noradrenergic cells, an effect that has been shown to depend upon yet-to-be-identified structures located higher in the brain. To test whether the amygdala is important in this regard, we examined the effects of amygdala lesions on noradrenergic cell responses to restraint, and also looked at whether any amygdala cells that respond to restraint project directly to the medulla. Ibotenic acid lesions of the medial amygdala completely abolished restraint-induced Fos expression in A1 and A2 noradrenergic cells. In contrast, lesions of the central amygdala actually facilitated noradrenergic cell responses to restraint. Tracer deposits in the dorsomedial (but not ventrolateral) medulla retrogradely labelled many cells in the central nucleus of the amygdala, but none of these cells expressed Fos in response to restraint. These data suggest for the first time that the medial amygdala is critical to the activation of medullary noradrenergic cells by a psychological stressor whereas the central nucleus exerts an opposing, inhibitory influence upon noradrenergic cell recruitment. The initiation of noradrenergic cell responses by the medial amygdala does not involve a direct projection to the medulla. Accordingly, a relay through some other structure, such as the hypothalamic paraventricular nucleus, warrants careful consideration.

Heterogeneity in olfactory neurons in mouse revealed by differential expression of glycoconjugates

Cell surface glycoconjugates have been implicated in the growth and guidance of subpopulations of primary olfactory axons. While subpopulations of primary olfactory neurons have been identified by differential expression of carbohydrates in the rat there are few reports of similar subpopulations in the mouse. We have examined the spatiotemporal expression pattern of glycoconjugates recognized by the lectin from Wisteria floribunda (WFA) in the mouse olfactory system. In the developing olfactory neuroepithelium lining the nasal cavity, WFA stained a subpopulation of primary olfactory neurons and the fascicles of axons projecting to the target tissue, the olfactory bulb. Within the developing olfactory bulb, WFA stained the synaptic neuropil of the glomerular and external plexiform layers. In adults, strong expression of WFA ligands was observed in second-order olfactory neurons as well as in neurons in several higher order olfactory processing centres in the brain. Similar, although distinct, staining of neurons in the olfactory pathway was detected with Dolichos biflorus agglutinin. These results demonstrate that unique subpopulations of olfactory neurons are chemically coded by the expression of glycoconjugates. The conserved expression of these carbohydrates across species suggests they play an important role in the functional organization of this region of the nervous system.

But what if I don't want to wait forever?

We present an abstract model of the leader election protocol used in the IEEE 1394 High Performance Serial Bus standard. The model is expressed in the probabilistic Guarded Command Language. By formal reasoning based on this description, we establish the probability of the root contention part of the protocol successfully terminating in terms of the number of attempts to do so. Some simple calculations then allow us to establish an upper bound on the time taken for those attempts.

Simulation supplements field studies to determine no-till dryland corn population recommendations for semiarid western Nebraska

In a 2-yr multiple-site field study conducted in western Nebraska during 1999 and 2000, optimum dryland corn (Zea mays L.) population varied from less than 1.7 to more than 5.6 plants m(-2), depending largely on available water resources. The objective of this study was to use a modeling approach to investigate corn population recommendations for a wide range of seasonal variation. A corn growth simulation model (APSIM-maize) was coupled to long-term sequences of historical climatic data from western Nebraska to provide probabilistic estimates of dryland yield for a range of corn populations. Simulated populations ranged from 2 to 5 plants m(-2). Simulations began with one of three levels of available soil water at planting, either 80, 160, or 240 mm in the surface 1.5 m of a loam soil. Gross margins were maximized at 3 plants m(-2) when starting available water was 160 or 240 mm, and the expected probability of a financial loss at this population was reduced from about 10% at 160 mm to 0% at 240 mm. When starting available water was 80 mm, average gross margins were less than $15 ha(-1), and risk of financial loss exceeded 40%. Median yields were greatest when starting available soil water was 240 mm. However, perhaps the greater benefit of additional soil water at planting was reduction in the risk of making a financial loss. Dryland corn growers in western Nebraska are advised to use a population of 3 plants m(-2) as a base recommendation.

The pyramidal neuron in occipital, temporal and prefrontal cortex of the owl monkey (Aotus trivirgatus): regional specialization in cell structure

Recent studies have revealed marked regional variation in pyramidal cell morphology in primate cortex. In particular, pyramidal cells in human and macaque prefrontal cortex (PFC) are considerably more spinous than those in other cortical regions. PFC pyramidal cells in the New World marmoset monkey, however, are less spinous than those in man and macaques. Taken together, these data suggest that the pyramidal cell has become more branched and more spinous during the evolution of PFC in only some primate lineages. This specialization may be of fundamental importance in determining the cognitive styles of the different species. However, these data are preliminary, with only one New World and two Old World species having been studied. Moreover, the marmoset data were obtained from different cases. In the present study we investigated PFC pyramidal cells in another New World monkey, the owl monkey, to extend the basis for comparison. As in the New World marmoset monkey, prefrontal pyramidal cells in owl monkeys have relatively few spines. These species differences appear to reflect variation in the extent to which PFC circuitry has become specialized during evolution. Highly complex pyramidal cells in PFC appear not to have been a feature of a common prosimian ancestor, but have evolved with the dramatic expansion of PFC in some anthropoid lineages.

Methodologies for calibration and predictive analysis of a watershed model

The use of a fitted parameter watershed model to address water quantity and quality management issues requires that it be calibrated under a wide range of hydrologic conditions. However, rarely does model calibration result in a unique parameter set. Parameter nonuniqueness can lead to predictive nonuniqueness. The extent of model predictive uncertainty should be investigated if management decisions are to be based on model projections. Using models built for four neighboring watersheds in the Neuse River Basin of North Carolina, the application of the automated parameter optimization software PEST in conjunction with the Hydrologic Simulation Program Fortran (HSPF) is demonstrated. Parameter nonuniqueness is illustrated, and a method is presented for calculating many different sets of parameters, all of which acceptably calibrate a watershed model. A regularization methodology is discussed in which models for similar watersheds can be calibrated simultaneously. Using this method, parameter differences between watershed models can be minimized while maintaining fit between model outputs and field observations. In recognition of the fact that parameter nonuniqueness and predictive uncertainty are inherent to the modeling process, PEST's nonlinear predictive analysis functionality is then used to explore the extent of model predictive uncertainty.

Pseudo-randomness of round-off errors in discretized linear maps on the plane

We analyze the sequences of round-off errors of the orbits of a discretized planar rotation, from a probabilistic angle. It was shown [Bosio & Vivaldi, 2000] that for a dense set of parameters, the discretized map can be embedded into an expanding p-adic dynamical system, which serves as a source of deterministic randomness. For each parameter value, these systems can generate infinitely many distinct pseudo-random sequences over a finite alphabet, whose average period is conjectured to grow exponentially with the bit-length of the initial condition (the seed). We study some properties of these symbolic sequences, deriving a central limit theorem for the deviations between round-off and exact orbits, and obtain bounds concerning repetitions of words. We also explore some asymptotic problems computationally, verifying, among other things, that the occurrence of words of a given length is consistent with that of an abstract Bernoulli sequence.

Evolu????o recente e alguns determinantes da prote????o social dos idosos na Am??rica Latina e no Brasil

A exist??ncia de um sistema de prote????o social aos idosos, com ampla cobertura, ?? extremamente importante para prevenir o aumento da pobreza e da desigualdade. Na aus??ncia de tal sistema, e frente a transforma????es demogr??ficas e da estrutura familiar presentes em grande parte dos pa??ses da Am??rica Latina, haver?? riscos crescentes de que tanto o Brasil, como outros pa??ses da regi??o, sofram com problemas de insufici??ncia de renda entre as pessoas com idade mais avan??ada. Dado esse contexto, este artigo avalia a situa????o atual e as perspectivas de prote????o dos idosos na Am??rica Latino Americano e Caribenho de Demografia (Celade/Cepal) e em revis??o de literatura sobre o tema. As an??lises indicaram que o aumento do n??vel de prote????o social na regi??o parece depender de formas de financiamento n??o baseadas exclusivamente em contribui????es monet??rias individuais, de modo que seja poss??vel incorporar aqueles grupos incapazes de manter contribui????es regulares para os regimes de Previd??ncia.

O impacto da exposição a experiências adversas na infância na ocorrência de dor crônica e depressão na vida adulta

A associação entre experiências adversas na infância e o desencadeamento de depressão ou dor crônica na vida adulta tem sido documentada, assim como a relação entre os sintomas de dor crônica e depressão. No entanto, há poucos estudos avaliando o papel da exposição a experiências adversas na infância na ocorrência dessa comorbidade. O objetivo deste trabalho é avaliar a influência da exposição a experiências adversas na infância na ocorrência de dor crônica, de depressão e na comorbidade dor crônica e depressão na vida adulta, em uma amostra da população geral adulta (maiores de 18 anos) residente na Região metropolitana de São Paulo, Brasil. Os dados são resultantes do Estudo Epidemiológicos dos Transtornos Mentais São Paulo Megacity. Os respondentes foram avaliados usando a versão desenvolvida para o Estudo Mundial de Saúde Mental do Composite International Diagnostic Interview da Organização Mundial da Saúde (WMH-CIDI), que é composto por módulos clínicos e nãoclínicos provendo diagnósticos de acordo com os critérios do Manual Diagnóstico e Estatístico dos Transtornos Mentais 4ª edição (DSM-IV). Um total de 5.037 indivíduos foi entrevistado, com uma taxa global de resposta de 81,3%. Foram realizadas análises descritivas para médias e proporções, e associações (Razões de Chances – OR) entre experiências adversas na infância, dor crônica e depressão através de regressão logística. Todas as análises foram realizadas através do programa estatístico Data Analysis and Statistical Software versão 12.0 (STATA 12.0), com testes bi-caudais com nível de significância de 5%. Uma elevada taxa de prevalência de dor crônica (31%, Erro Padrão [ER]=0.8) foi encontrada, Dor Crônica esteve associada aos transtornos de ansiedade (OR=2,3; 95% IC=1,9 – 3,0), transtornos de humor (OR=3,3; IC=2,6 – 4,4) em qualquer transtorno mental (OR=2,7; 95% IC=2,3 – 3,3). As adversidades na infância estiveram fortemente associadas aos respondentes com dor crônica e depressão concomitante, principalmente quanto ao abuso físico (OR=2,7; 95% IC=2,1 – 3,5) e sexual (OR=7,4; 95% IC=3,4 – 16,1).

Sorte? Lógica? Modelos de significação e a noção de acaso de adultos alunos do Proeja

Esta tese se propôs investigar a lógica inferencial das ações e suas significações em situações que mobilizam as noções de composição probabilística e acaso, bem como o papel dos modelos de significação no funcionamento cognitivo de adultos. Participaram 12 estudantes adultos jovens da classe popular, voluntários, de ambos os sexos, de um curso técnico integrado ao Ensino Médio da Educação de Jovens e Adultos. Foram realizados três encontros, individualmente, com registro em áudio e planilha eletrônica, utilizando-se dois jogos, o Likid Gaz e o Lucky Cassino, do software Missão Cognição (Haddad-Zubel, Pinkas & Pécaut, 2006), e o jogo Soma dos Dados (Silva, Rossetti & Cristo, 2012). Os procedimentos da tarefa foram adaptados de Silva e Frezza (2011): 1) apresentação do jogo; 2) execução do jogo; 3) entrevista semiestruturada; 4) aplicação de três situações-problema com intervenção segundo o Método Clínico; 5) nova partida do jogo; e 6) realização de outras duas situações-problema sem intervenção do Método Clínico. Elaboraram-se níveis de análise heurística, compreensão dos jogos e modelos de significação a partir da identificação de particularidades de procedimentos e significações nos jogos. O primeiro estudo examinou as implicações dos modelos de significação e representações prévias no pensamento do adulto, considerando que o sujeito organiza suas representações ou esquemas prévios relativos a um objeto na forma de modelos de significação em função do grau de complexidade e novidade da tarefa e de sua estrutura lógico matemática, que evoluem por meio do processo de equilibração; para o que precisa da demanda a significar esse aspecto da 13 realidade. O segundo estudo investigou a noção de combinação deduzível evidenciada no jogo Likid Gaz, identificando o papel dos modelos de significação na escolha dos procedimentos, implicando na rejeição de condutas de sistematização ou enumeração. Houve predominância dos níveis iniciais de análise heurística do jogo. O terceiro estudo examinou a noção de probabilidade observada no jogo Lucky Cassino, no qual a maioria dos participantes teve um nível de compreensão do jogo intermediário, com maior diversidade de modelos de significação em relação aos outros jogos, embora com predominância dos mais elementares. A síntese das noções de combinação, probabilidade e acaso foi explorada no quarto estudo pelo jogo Soma dos Dados (Silva, Rossetti & Cristo, 2012), identificando-se que uma limitação para adequada compreensão das ligações imbricadas nessas noções é a implicação significante – se aleatório A, então indeterminado D (notação A  D), com construção de pseudonecessidades e pseudo-obrigações ou mesmo necessidades locais, generalizadas inapropriadamente. A resistência ou obstáculos do objeto deveria provocar perturbações, mas a estrutura cognitiva, o ambiente social e os modelos culturais, e a afetividade podem interferir nesse processo.

O Impacto dos transtornos mentais no trabalho : resultados do estudo epidemiológico de transtornos mentais São Paulo Megacity

O objetivo deste estudo é estimar a prevalência de transtornos mentais de acordo com a situação de emprego por sexo, analisar associações entre os transtornos mentais e situação de emprego, bem como entre a busca de tratamento e situação de emprego dentre os respondentes com transtornos mentais nos últimos 12 meses. Além disso, pretende-se analisar a perda de dias de trabalho devido ao absenteísmo e ao presenteísmo associando-os com os transtornos mentais, dentre os trabalhadores. Os dados foram analisados a partir do Estudo São Paulo Megacity, um estudo de base populacional que avaliou os transtornos mentais em uma amostra probabilística de 5.037 adultos residentes na Região Metropolitana de São Paulo, utilizando a versão do Composite International Diagnostic Interview da Organização Mundial de Saúde. A amostra foi dividida em grupos de acordo com a situação de trabalho – trabalhadores, economicamente inativos e desempregados. A prevalência dos transtornos mentais foi estimada estratificada por sexo, bem como, as associações com as situações de emprego, características sócio-demográficas e procura por tratamento. O número médio de dias perdidos por absenteísmo e presenteísmo na população de trabalhadores foi estimado baseado na Escala de Avaliação de Incapacidade Organização Mundial de Saúde. Os efeitos a nível populacional e os custos financeiros também foram estimados. As associações foram medidas pelo Odds Ratio e calculada através do modelo de regressão logística multinomial. Do total da amostra (n= 5.035), 63% eram trabalhadores, 25% economicamente inativos e 12% desempregados. Os trabalhadores foram associados ao sexo masculino, menor idade, maior número de anos estudados e maior renda. As mulheres apresentaram maior prevalência de transtornos de humor e ansiedade. Os homens foram associados a qualquer transtorno mental, transtorno de humor e transtorno de ansiedade, as mulheres foram associadas a situação de emprego economicamente inactivas e desempregadas. Os homens cuja situação de emprego era trabalhador mostrou maiores prevalências nos transtornos de impulso-controle e nos transtornos por uso de substâncias psicoativas. As mulheres cuja situação de emprego era trabalhador e os homens cuja situação de emprego era economicamente inativos, tiveram maiores prevalências de transtornos mentais. Dentre respondentes com algum transtorno mental, os respondentes economicamente inativos apresentaram associação com a procura de tratamento de saúde geral e de saúde mental. A presença de algum transtorno mental foi associado com 26,8 dias/ano devido ao absenteísmo, 92,2 dias/ano devido ao presenteísmo e 125,9 dias/ano de perda total de trabalho. Os custos anuais da perda de trabalho foram estimados em R$ 2,6 bilhões por ano, correspondentes a R$ 690 milhões por ano devido ao absenteísmo, e R$ 1,9 bilhões por ano devido ao presenteísmo. Nossos resultados fornecem importantes informações epidemiológicas sobre os transtornos mentais e o impacto no trabalho que devem ser levadas em consideração na definição de prioridades para os cuidados em saúde e alocação de recursos.

Cenários de mudanças climáticas para a América do Sul : impacto no zoneamento agroclimático da cana-de-açúcar

O Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC) através do seu Quarto Relatório de Avaliação das Mudanças Climáticas Globais (IPCC-AR4), publicado em 2007, atribui as emissões de gases de efeito estufa como a principal causa do aumento médio das temperaturas e alerta para uma elevação entre 1,8 ºC e 6,4 ºC até 2100, podendo modificar assim a aptidão climática para as culturas agrícolas em diversas regiões do planeta. Diante disso, existe a necessidade de substituição dos combustíveis fósseis por fontes renováveis e limpas de energia, como o etanol. A cana-de-açúcar apresenta-se, portanto, como uma cultura estratégica na produção do etanol. O presente trabalho teve como objetivos: 1) avaliar o desempenho dos Modelos Climáticos Globais (MCGs) do IPCC-AR4 na simulação de dados climáticos de temperatura do ar e precipitação pluviométrica para o período anual e mensal; 2) elaborar o zoneamento agroclimático da cana-de-açúcar para a América do Sul considerando o clima referência e o futuro para as décadas de 2020, 2050 e 2080 em função do cenário de emissão A1B considerado pessimista e que usa um equilíbrio entre todas as fontes de energia. Para a avaliação do desempenho dos MCGs, foram utilizados dados climáticos médios mensais observados de precipitação e temperatura do ar provenientes do Climatic Research Unit (CRU) e dados simulados oriundos dos 22 MCGs do IPCC (cenário 20c3m) compreendidos entre o período de 1961-1990, além do Multimodel (ensemble) – MM que é a média da combinação dos dados de todos os modelos. O desempenho dos MCGs foi avaliado pelos índices estatísticos: desvio padrão, correlação, raiz quadrada da média do quadrado das diferenças centralizadas e o “bias” dos dados simulados com os observados, que foram representados no diagrama de Taylor. Para a etapa da elaboração do zoneamento agroclimático procedeu-se o cálculo dos balanços hídricos (referência e futuros) da cultura, pelo método de Thornthwaite & Mather (1955). Para o cenário referência, utilizaram-se dados das médias mensais da precipitação e temperatura provenientes do CRU, enquanto que para as projeções futuras, dados provenientes das anomalias do Multimodel (ensemble) – MM para as décadas de 2020, 2050 e 2080, que foram ajustados, obtendo-se assim as projeções futuras para cada período analisado. Baseado nos mapas temáticos reclassificados de deficiência hídrica anual, temperatura média anual, excedente hídrico anual e no índice de satisfação das necessidades de água (ISNA), realizou-se uma sobreposição dessas informações obtendo assim, os mapas finais do zoneamento agroclimático da cana-de-açúcar. Posteriormente ao zoneamento, realizou-se a análise das transições (ganhos, perdas e persistências) entre as classes de aptidão climática da cultura. Os resultados mostram que o Multimodel (ensemble) – MM para o período mensal apresenta o melhor desempenho entre os modelos analisados. As áreas inaptas correspondem a maior parte da América do Sul e uma expressiva transição entre as classes de aptidão climática da cultura.