Forming classes by stimulus frequency: Behavior and theory

Visual classification is the way we relate to different images in our environment as if they were the same, while relating differently to other collections of stimuli (e.g., human vs. animal faces). It is still not clear, however, how the brain forms such classes, especially when introduced with new or changing environments. To isolate a perception-based mechanism underlying class representation, we studied unsupervised classification of an incoming stream of simple images. Classification patterns were clearly affected by stimulus frequency distribution, although subjects were unaware of this distribution. There was a common bias to locate class centers near the most frequent stimuli and their boundaries near the least frequent stimuli. Responses were also faster for more frequent stimuli. Using a minimal, biologically based neural-network model, we demonstrate that a simple, self-organizing representation mechanism based on overlapping tuning curves and slow Hebbian learning suffices to ensure classification. Combined behavioral and theoretical results predict large tuning overlap, implicating posterior infero-temporal cortex as a possible site of classification.

A Millennial Myosin Census

The past decade has seen a remarkable explosion in our knowledge of the size and diversity of the myosin superfamily. Since these actin-based motors are candidates to provide the molecular basis for many cellular movements, it is essential that motility researchers be aware of the complete set of myosins in a given organism. The availability of cDNA and/or draft genomic sequences from humans, Drosophila melanogaster, Caenorhabditis elegans, Arabidopsis thaliana, Saccharomyces cerevisiae, Schizosaccharomyces pombe, and Dictyostelium discoideum has allowed us to tentatively define and compare the sets of myosin genes in these organisms. This analysis has also led to the identification of several putative myosin genes that may be of general interest. In humans, for example, we find a total of 40 known or predicted myosin genes including two new myosins-I, three new class II (conventional) myosins, a second member of the class III/ninaC myosins, a gene similar to the class XV deafness myosin, and a novel myosin sharing at most 33% identity with other members of the superfamily. These myosins are in addition to the recently discovered class XVI myosin with N-terminal ankyrin repeats and two human genes with similarity to the class XVIII PDZ-myosin from mouse. We briefly describe these newly recognized myosins and extend our previous phylogenetic analysis of the myosin superfamily to include a comparison of the complete or nearly complete inventories of myosin genes from several experimentally important organisms.

Congruences between modular forms: Raising the level and dropping Euler factors

We discuss the relationship among certain generalizations of results of Hida, Ribet, and Wiles on congruences between modular forms. Hida’s result accounts for congruences in terms of the value of an L-function, and Ribet’s result is related to the behavior of the period that appears there. Wiles’ theory leads to a class number formula relating the value of the L-function to the size of a Galois cohomology group. The behavior of the period is used to deduce that a formula at “nonminimal level” is obtained from one at “minimal level” by dropping Euler factors from the L-function.

X-ray structure of a vanadium-containing enzyme: chloroperoxidase from the fungus Curvularia inaequalis.

The chloroperoxidase (EC 1.11.1.-) from the fungus Curvularia inaequalis belongs to a class of vanadium enzymes that oxidize halides in the presence of hydrogen peroxide to the corresponding hypohalous acids. The 2.1 A crystal structure (R = 20%) of an azide chloroperoxidase complex reveals the geometry of the catalytic vanadium center. Azide coordinates directly to the metal center, resulting in a structure with azide, three nonprotein oxygens, and a histidine as ligands. In the native state vanadium will be bound as hydrogen vanadate(V) in a trigonal bipyramidal coordination with the metal coordinated to three oxygens in the equatorial plane, to the OH group at one apical position, and to the epsilon 2 nitrogen of a histidine at the other apical position. The protein fold is mainly alpha-helical with two four-helix bundles as main structural motifs and an overall structure different from other structures. The helices pack together to a compact molecule, which explains the high stability of the protein. An amino acid sequence comparison with vanadium-containing bromoperoxidase from the seaweed Ascophyllum nodosum shows high similarities in the regions of the metal binding site, with all hydrogen vanadate(V) interacting residues conserved except for lysine-353, which is an asparagine.

Isolation of HLA-DR1.(staphylococcal enterotoxin A)2 trimers in solution.

Mutational studies indicate that the superantigen staphylococcal enterotoxin A (SEA) has two separate binding sites for major histocompatibility complex (MHC) class II molecules. Direct evidence is provided here for the formation of SEA-MHC class II trimers in solution. Isoelectric focusing separated SEA-HLA-DR1 complexes into both dimers and HLA-DR1.SEA2 trimers. The molar ratio of components was determined by dual isotope labeling. The SEA mutant SEA-F47S, L48S, Y92A, which is deficient in MHC class II alpha-chain binding, formed only dimers with HLA-DR1, whereas a second SEA mutant, SEA-H225A, which lacks high-affinity MHC class II beta-chain binding was incapable of forming any complexes. Thus SEA binding to its MHC receptor is a two-step process involving initial beta-chain binding followed by cooperative binding of a second SEA molecule to the class II alpha chain.

Periodic variation in side-chain polarities of T-cell antigenic peptides correlates with their structure and activity.

We present an analysis that synthesizes information on the sequence, structure, and motifs of antigenic peptides, which previously appeared to be in conflict. Fourier analysis of T-cell antigenic peptides indicates a periodic variation in amino acid polarities of 3-3.6 residues per period, suggesting an amphipathic alpha-helical structure. However, the diffraction patterns of major histocompatibility complex (MHC) molecules indicate that their ligands are in an extended non-alpha-helical conformation. We present two mutually consistent structural explanations for the source of the alpha-helical periodicity, based on an observation that the side chains of MHC-bound peptides generally partition with hydrophobic (hydrophilic) side chains pointing into (out of) the cleft. First, an analysis of haplotype-dependent peptide motifs indicates that the locations of their defining residues tend to force a period 3-4 variation in hydrophobicity along the peptide sequence, in a manner consistent with the spacing of pockets in the MHC. Second, recent crystallographic determination of the structure of a peptide bound to a class II MHC molecule reveals an extended but regularly twisted peptide with a rotation angle of about 130 degrees. We show that similar structures with rotation angles of 100-130 degrees are energetically acceptable and also span the length of the MHC cleft. These results provide a sound physical chemical and structural basis for the existence of a haplotype-independent antigenic motif which can be particularly important in limiting the search time for antigenic peptides.

Polímeros de coordenação à base de cobalto(II) e N,N'-bis(4-piridil)-1,4,5,8-naftaleno diimida como ligante e suas propriedade estruturais, espectroscópicas e fotoelétricas

Polímeros de coordenação têm atraído a atenção de pesquisadores na última década por conta de sua incrível versatilidade e virtualmente infinito número de possibilidades de combinação de ligantes orgânicos e centros metálicos. Estes compostos normalmente herdam as características magnéticas, eletrônicas e espectroscópicas de seus componentes base. Entretanto, apesar do crescente número de trabalhos na área, ainda são raros os polímeros de coordenação que apresentem condutividade elétrica. Para este fim, utilizou-se a N,N\'-bis(4-piridil)-1,4,5,8-naftaleno diimida, ou NDI-py, que pertence a uma classe de compostos rígidos, planares, quimicamente e termicamente estáveis e que já foram extensamente estudados por suas propriedades fotoeletroquímicas e semicondução do tipo n. O primeiro polímero de coordenação sintetizado, MOF-CoNDI-py-1, indicou ser um polímero linear, de estrutura 1D. O segundo, MOF-CoNDI-py-2, que conta com ácido tereftálico como ligante suporte, é um sólido cristalino com cela unitária monoclínica pertencente ao grupo espacial C2/c, determinado por difração de raios-X de monocristal. A rede apresenta um arranjo trinuclear de íons Co(II) alto spin com coordenados em uma geometria de octaedro distorcido, enquanto os ligantes NDI-py se encontram em um arranjo paralelo na estrutura, em distâncias apropriadas para transferência eletrônica. Com o auxílio de cálculo teóricos a nível de DFT, foi realizado um estudo aprofundado dos espectros eletrônicos e vibracionais, com atribuição das transições observadas, tanto para o MOF-CoNDI-py-2 quanto para o ligante NDI-py livre. A rede de coordenação absorve em toda a região do espectro eletrônico analisada, de 200 nm a 2500 nm, além de apresentar luminescência com característica do ligante. Dispositivos eletrônicos fabricados com um cristal do MOF-CoNDI-py-2 revelaram condutividades da ordem de 7,9 10-3 S cm -1, a maior já observada para um MOF. Além de elevada, a condutividade elétrica dos cristais demonstrou-se altamente anisotrópica, sendo significativamente menos condutor em algumas direções. Os perfis de corrente versus voltagem foram analisados em termos de mecanismos de condutividade, sendo melhores descritos por um mecanismo limitado pelo eletrodo to tipo Space-Charge Limited Current, concordando com a proposta de condutividade através dos planos de NDI-py na rede. A condutividade dos cristais também é fortemente dependente de luz, apresentando fotocondução quando irradiado por um laser vermelho, de 632 nm, enquanto apresenta um comportamento fotorresistivo frente a uma fonte de luz branca. Estes resultados, combinados, trazem um MOF em uma estrutura incomum e com elevada condutividade elétrica, modulada por luz, em medidas diretas de corrente. Não existem exemplos conhecidos de MOFs na literatura com estas características.

Avaliação de microtécnicas de extração para análise de lamotrigina em plasma de pacientes epilépticos por eletroforese capilar

A lamotrigina (LTG) é um fármaco pertencente à classe das feniltriazinas utilizado no tratamento de crises epilépticas generalizadas e focais e no tratamento adjunto da epilepsia refratária. Devido à alta variabilidade interindividual, às interações medicamentosas e aos efeitos adversos apresentados durante a administração da LTG, a monitorização terapêutica nos pacientes que fazem uso deste fármaco é necessária para ajuste de dose individual e evitar os efeitos adversos. Assim, o objetivo deste trabalho foi a avaliação de duas técnicas de microextração: a microextração em fase líquida com fibras ocas (HF-LPME) e a microextração líquido-líquido dispersiva (DLLME) para análise da lamotrigina em amostras de plasma de pacientes epilépticos. Primeiramente foram definidas as condições eletroforéticas: foi utilizado um capilar de sílica fundida de 75 ?m de diâmetro interno e 50 cm de comprimento efetivo. O eletrólito de corrida (BGE) foi composto por ácido 2-morfolinoetanosulfônico (MES), na concentração de 130 mmol L-1 e pH 5,0. As análises foram realizadas à temperatura de 20°C e tensão de 15 kV. A amostra foi injetada hidrodinamicamente (0,5 psi por 10 s) e a detecção foi feita em 214 nm. Nestas condições a LTG e o padrão interno (PI), lidocaína, puderam ser analisados em menos de 7 minutos. A HF-LPME foi avaliada no modo de 3 fases, usando 500 ?L de plasma e 3,5 mL de solução fosfato de sódio 50 mmol L-1 pH 9,0 como fase doadora. O solvente utilizado para impregnar a fibra foi o 1-octanol. Como fase aceptora foram utilizados 60 ?L de solução de ácido clorídrico pH 4,0. Para avaliação da DLLME, foi necessária uma etapa de pré-tratamento da amostra (500 ?L de plasma) com 1 mL de acetonitrila. Após isto, 1,3 mL do sobrenadante foram adicionados a 4 mL de solução fosfato de sódio 50 mmol L-1 pH 9,0 e 120 ?L de clorofórmio (solvente extrator) foram injetados nesta amostra aquosa e 165 ?L de fase sedimentada foram recuperados. As características de desempenho analítico para ambos os métodos foram avaliadas, sendo obtida linearidade na faixa de concentração plasmática de 1-20 ?g/mL e limite inferior de quantificação (LIQ) de 1 ?g mL-1. Os ensaios de precisão e exatidão apresentaram valores de acordo com os guias oficiais. Além disso, os métodos foram seletivos, não apresentaram efeito residual e as amostras foram estáveis. Os valores de recuperação foram de 54,3 e 23% para HF-LPME e DLLME, respectivamente. Os métodos validados foram aplicados com sucesso em amostras de plasma de pacientes epilépticos em tratamento com a LTG. Além disso, as duas técnicas foram comparadas e a HF-LPME apresentou vantagens em relação à DLLME, mostrando ser uma técnica promissora para análise de matrizes complexas, com reduzido consumo de solvente orgânico e possibilidade de automação.

Otimização não linear aplicada à operação de sistemas com múltiplos reservatórios para abastecimento de água.

O presente estudo considera a aplicação do modelo SISAGUA de simulação matemática e de otimização para a operação de sistemas de reservatórios integrados em sistemas complexos para o abastecimento de água. O SISAGUA utiliza a programação não linear inteira mista (PNLIM) com os objetivos de evitar ou minimizar racionamentos, equilibrar a distribuição dos armazenamentos em sistemas com múltiplos reservatórios e minimizar os custos de operação. A metodologia de otimização foi aplicada para o sistema produtor de água da Região Metropolitana de São Paulo (RMSP), que enfrenta a crise hídrica diante de um cenário de estiagem em 2013-2015, o pior na série histórica dos últimos 85 anos. Trata-se de uma região com 20,4 milhões de habitantes. O sistema é formado por oito sistemas produtores parcialmente integrados e operados pela Sabesp (Companhia de Saneamento do Estado de São Paulo). A RMSP é uma região com alta densidade demográfica, localizada na Bacia Hidrográfica do Alto Tietê e caracterizada pela baixa disponibilidade hídrica per capita. Foi abordada a possibilidade de considerar a evaporação durante as simulações, e a aplicação de uma regra de racionamento contínua nos reservatórios, que transforma a formulação do problema em programação não linear (PNL). A evaporação se mostrou pouco representativa em relação a vazão de atendimento à demanda, com cerca de 1% da vazão. Se por um lado uma vazão desta magnitude pode contribuir em um cenário crítico, por outro essa ordem de grandeza pode ser comparada às incertezas de medições ou previsões de afluências. O teste de sensibilidade das diferentes taxas de racionamento em função do volume armazenado permite analisar o tempo de resposta de cada sistema. A variação do tempo de recuperação, porém, não se mostrou muito significativo.

Decodificando mediante microfósiles la Crisis de Salinidad del Mediterráneo como recurso didáctico en Ciencias de la Tierra

El estudio de las disciplinas científicas resulta más atractivo si se acompaña de actividades de carácter práctico. En este trabajo se propone un taller cuya finalidad es introducir al alumnado en el estudio de los microfósiles y de las reconstrucciones paleoambientales aplicándolo a uno de los eventos más significativos ocurridos en el área Mediterránea, que conllevó la desecación y posterior reinundación de toda la cuenca hace aproximadamente unos cinco millones de años. El taller consta de tres sesiones: una teórica, de introducción de los contenidos necesarios para el desarrollo de la actividad, una práctica, de obtención de datos, y una final, de interpretación de los cambios ambientales y presentación de los resultados en forma de artículo científico y posterior debate en el aula. Todos los datos necesarios para el desarrollo de la actividad se proporcionan en el presente artículo. Además, se proponen una serie de recursos bibliográficos y audiovisuales de fácil acceso para la introducción de los conceptos teóricos.

A multimodal genre recognition prototype

In this paper, a multimodal and interactive prototype to perform music genre classification is presented. The system is oriented to multi-part files in symbolic format but it can be adapted using a transcription system to transform audio content in music scores. This prototype uses different sources of information to give a possible answer to the user. It has been developed to allow a human expert to interact with the system to improve its results. In its current implementation, it offers a limited range of interaction and multimodality. Further development aimed at full interactivity and multimodal interactions is discussed.

Los microfósiles y la Crisis de Salinidad del Mediterráneo como recurso didáctico en Ciencias de la Tierra

El estudio de las disciplinas científicas resulta más atractivo si se acompaña de actividades de carácter práctico. En este trabajo se propone un taller cuya finalidad es introducir al alumnado en el trabajo científico que realizan los geólogos y paleontólogos a través de la información paleoambiental y bioestratigráfica que proporcionan los microfósiles y su aplicación a la Crisis de Salinidad del Messiniense. Este periodo es considerado como uno de los acontecimientos más relevantes de la historia geológica del Mediterráneo y se caracteriza por una acumulación masiva de evaporitas en el fondo de la cuenca, que se relaciona con la desecación y posterior reinundación del Mediterráneo hace aproximadamente cinco millones de años. El taller consta de tres sesiones: una teórica, de introducción de los contenidos necesarios para el desarrollo de la actividad, para la que se proponen una serie de recursos bibliográficos y audiovisuales de libre acceso en internet; una práctica, de obtención de datos; y una final, de interpretación de los cambios paleoambientales que conlleva la presentación de los resultados en forma de artículo científico y posterior debate en el aula. Todos los datos necesarios para el desarrollo de la actividad se proporcionan en el presente artículo, si bien esta propuesta de taller queda abierta a las posibles modificaciones y mejoras que el profesorado considere oportunas. Para vertebrar esta propuesta, en forma de ejemplo de aplicación, se ha incluido el taller en la programación de la asignatura Biología y Geología (4º ESO). La puesta a punto de este taller pone de manifiesto que resulta idóneo para el trabajo en grupo en el aula permitiendo que el alumnado se sienta partícipe de todas las fases que constituyen una investigación científica.

La tagatose-1,6-bisphosphate aldolase et la fructose-1,6-bisphosphate aldolase de classe I : mécanisme et stéréospécificité

La tagatose-1,6-biphosphate aldolase de Streptococcus pyogenes est une aldolase qui fait preuve d'un remarquable manque de spécificité vis à vis de ses substrats. En effet, elle catalyse le clivage réversible du tagatose-1,6-bisphosphate (TBP), mais également du fructose-1,6-bisphosphate (FBP), du sorbose-1,6-bisphosphate et du psicose-1,6-bisphosphate, quatre stéréoisomères, en dihydroxyacétone phosphate (DHAP) et en glycéraldéhyde-3-phosphate (G3P). Aldolase de classe I, qui donc catalyse sa réaction en formant un intermédiaire covalent obligatoire, ou base de Schiff, avec son susbtrat, la TBP aldolase de S. pyogenes partage 14 % d’identité avec l’enzyme modèle de cette famille, la FBP aldolase de muscle de mammifère. Bien que le mécanime catalytique de la FBP aldolase des mammifères ait été examiné en détails et qu’il soit approprié d’en tirer des renseignements quant à celui de la TBP aldolase, le manque singulier de stéréospécificité de cette dernière tant dans le sens du clivage que celui de la condensation n’est toujours pas éclairci. Afin de mettre à jour les caractéristiques du mécanisme enzymatique, une étude structurale de la TBP aldolase de S. pyogenes, un pathogène humain extrêmement versatile, a été entreprise. Elle a permis la résolution des structures de l’enzyme native et mutée, en complexe avec des subtrats et des inhibiteurs compétitifs, à des résolutions comprises entre 1.8 Å et 2.5 Å. Le trempage des cristaux de TBP aldolase native et mutante dans une solution saturante de FBP ou TBP a en outre permis de piéger un authentique intermédiaire covalent lié à la Lys205, la lysine catalytique. La determination des profils pH de la TBP aldolase native et mutée, entreprise afin d'évaluer l’influence du pH sur la réaction de clivage du FBP et TBP et ìdentifier le(s) résidu(s) impliqué(s), en conjonction avec les données structurales apportées par la cristallographie, ont permis d’identifier sans équivoque Glu163 comme résidu responsable du clivage. En effet, le mode de liaison sensiblement différent des ligands utilisés selon la stéréochimie en leur C3 et C4 permet à Glu163, équivalent à Glu187 dans la FBP aldolase de classe I, d’abstraire le proton sur l’hydroxyle du C4 et ainsi d’amorcer le clivage du lien C3-C4. L’étude du mécanimse inverse, celui de la condensation, grâce par exemple à la structure de l’enzyme native en complexe avec ses substrats à trois carbones le DHAP et le G3P, a en outre permis d’identifier un isomérisme du substrat G3P comme possible cause de la synthèse des isomères en C4 par cette enzyme. Ce résultat, ainsi que la decouverte d’un possible isomérisme cis-trans autour du lien C2-C3 de la base de Schiff formée avec le DHAP, identifié précedemment, permet de cerner presque complètement les particularités du mécanisme de cette enzyme et d’expliquer comment elle est capable de synthétiser les quatres stéréoisomères 3(S/R), 4(S/R). De plus, la résolution de ces structures a permis de mettre en évidence trois régions très mobiles de la protéine, ce qui pourrait être relié au rôle postulé de son isozyme chez S. pyogenes dans la régulation de l’expression génétique et de la virulence de la bactérie. Enfin, la résolution de la structure du mutant Lys229→Met de la FBP aldolase de muscle en complexe avec la forme cyclique du FBP, de même que des études cristallographiques sur le mutant équivalent Lys205→Met de la TBP aldolase de S. pyogenes et des expériences de calorimétrie ont permis d’identifier deux résidus particuliers, Ala31 et Asp33 chez la FBP aldolase, comme possible cause de la discrimination de cette enzyme contre les substrats 3(R) et 4(S), et ce par encombrement stérique des substrats cycliques. La cristallographie par rayons X et la cinétique enzymatique ont ainsi permis d'avancer dans l'élucidation du mécanisme et des propriétés structurales de cette enzyme aux caractéristiques particulières.

Antitrust, Regulation and the Neutrality Trap: A plea for a smart, evidence-based internet policy. CEPS Special Report No. 104/April 2015

When they look at Internet policy, EU policymakers seem mesmerised, if not bewitched, by the word ‘neutrality’. Originally confined to the infrastructure layer, today the neutrality rhetoric is being expanded to multi-sided platforms such as search engines and more generally online intermediaries. Policies for search neutrality and platform neutrality are invoked to pursue a variety of policy objectives, encompassing competition, consumer protection, privacy and media pluralism. This paper analyses this emerging debate and comes to a number of conclusions. First, mandating net neutrality at the infrastructure layer might have some merit, but it certainly would not make the Internet neutral. Second, since most of the objectives initially associated with network neutrality cannot be realistically achieved by such a rule, the case for network neutrality legislation would have to stand on different grounds. Third, the fact that the Internet is not neutral is mostly a good thing for end users, who benefit from intermediaries that provide them with a selection of the over-abundant information available on the Web. Fourth, search neutrality and platform neutrality are fundamentally flawed principles that contradict the economics of the Internet. Fifth, neutrality is a very poor and ineffective recipe for media pluralism, and as such should not be invoked as the basis of future media policy. All these conclusions have important consequences for the debate on the future EU policy for the Digital Single Market.

The education of the wage-earners; a contribution toward the solution of the educational problem of democracy,

Introductory: Thomas Davidson and his philosophy, by the editor.--The task of the twentieth century.--The educational problems set by the nineteenth century to the twentieth.--The history of the experiment.--The underlying spirit as shown by the letters written by Mr. Davidson to his class.--The vitality of the ideal as shown by the life of the movement after the death of its founder, by the editor.