Spatial and temporal scales of neuronal correlation in visual area V4.

The spiking activity of nearby cortical neurons is correlated on both short and long time scales. Understanding this shared variability in firing patterns is critical for appreciating the representation of sensory stimuli in ensembles of neurons, the coincident influences of neurons on common targets, and the functional implications of microcircuitry. Our knowledge about neuronal correlations, however, derives largely from experiments that used different recording methods, analysis techniques, and cortical regions. Here we studied the structure of neuronal correlation in area V4 of alert macaques using recording and analysis procedures designed to match those used previously in primary visual cortex (V1), the major input to V4. We found that the spatial and temporal properties of correlations in V4 were remarkably similar to those of V1, with two notable differences: correlated variability in V4 was approximately one-third the magnitude of that in V1 and synchrony in V4 was less temporally precise than in V1. In both areas, spontaneous activity (measured during fixation while viewing a blank screen) was approximately twice as correlated as visual-evoked activity. The results provide a foundation for understanding how the structure of neuronal correlation differs among brain regions and stages in cortical processing and suggest that it is likely governed by features of neuronal circuits that are shared across the visual cortex.

Temporal Stability of Molecular Diversity Measures in Natural Populations of Drosophila pseudoobscura and Drosophila persimilis

Many molecular ecological and evolutionary studies sample wild populations at a single point in time, failing to consider that data they collect represents genetic variation from a potentially unrepresentative snapshot in time. Variation across time in genetic parameters may occur quickly in species that produce multiple generations of offspring per year. However, many studies of rapid contemporary microevolution examine phenotypic trait divergence as opposed to molecular evolutionary divergence. Here, we compare genetic diversity in wild caught populations of Drosophila persimilis and D. pseudoobscura collected 16 years apart at the same time of year and same site at four X-linked and two mitochondrial loci to assess genetic stability. We found no major changes in nucleotide diversity in either species, but we observed a drastic shift in Tajima’s D between D. pseudoobscura timepoints at one locus associated with the increased abundance of a set of related haplotypes. Our data also suggests that D. persimilis may have recently accelerated its demographic expansion. While the changes we observed were modest, this study reinforces the importance of considering potential temporal variation in genetic parameters within single populations over short evolutionary timescales.

Influence of the thalamus on spatial visual processing in frontal cortex.

Each of our movements activates our own sensory receptors, and therefore keeping track of self-movement is a necessary part of analysing sensory input. One way in which the brain keeps track of self-movement is by monitoring an internal copy, or corollary discharge, of motor commands. This concept could explain why we perceive a stable visual world despite our frequent quick, or saccadic, eye movements: corollary discharge about each saccade would permit the visual system to ignore saccade-induced visual changes. The critical missing link has been the connection between corollary discharge and visual processing. Here we show that such a link is formed by a corollary discharge from the thalamus that targets the frontal cortex. In the thalamus, neurons in the mediodorsal nucleus relay a corollary discharge of saccades from the midbrain superior colliculus to the cortical frontal eye field. In the frontal eye field, neurons use corollary discharge to shift their visual receptive fields spatially before saccades. We tested the hypothesis that these two components-a pathway for corollary discharge and neurons with shifting receptive fields-form a circuit in which the corollary discharge drives the shift. First we showed that the known spatial and temporal properties of the corollary discharge predict the dynamic changes in spatial visual processing of cortical neurons when saccades are made. Then we moved from this correlation to causation by isolating single cortical neurons and showing that their spatial visual processing is impaired when corollary discharge from the thalamus is interrupted. Thus the visual processing of frontal neurons is spatiotemporally matched with, and functionally dependent on, corollary discharge input from the thalamus. These experiments establish the first link between corollary discharge and visual processing, delineate a brain circuit that is well suited for mediating visual stability, and provide a framework for studying corollary discharge in other sensory systems.

The temporal dynamics of metacognition: Dissociating task-related activity from later metacognitive processes

In recent years, neuroscience research spent much effort in revealing brain activity related to metacognition. Despite this endeavor, it remains unclear exactly when metacognitive experiences develop during task performance. To investigate this, the current study used EEG to temporally and spatially dissociate task-related activity from metacognitive activity. In a masked priming paradigm, metacognitive experiences of difficulty were induced by manipulating congruency between prime and target. As expected, participants more frequently rated incongruent trials as difficult and congruent trials as easy, while being completely unable to perceive the masked primes. Results showed that both the N2 and the P3 ERP components were modulated by congruency, but that only the P3 modulation interacted with metacognitive experiences. Single-trial analysis additionally showed that the magnitude of the P3 modulation by congruency accurately predicted the metacognitive response. Source localization indicated that the N2 task-related activity originated in the ACC, whereas the P3-interplay between task-related activation and metacognitive experiences originated from the precuneus. We conclude that task-related activity can be dissociated from later metacognitive processing.

Variación espacial y temporal de la producción primaria neta aérea y secundaria neta

Las actividades humanas impactan fuertemente sobre los procesos de los ecosistemas. En los sistemas ganaderos, las actividades humanas intentan maximizar el flujo de energía hacia la productividad secundaria. Las consecuencias sobre la transferencia de energía desde la productividad primaria neta aérea (PPNA) a la producción secundaria neta no están totalmente establecidas. Varios estudios describieron la relación entre la carga animal y la PPNA a lo largo de gradientes regionales de recursos, tanto en sistemas naturales como ganaderos. Pero persisten al menos tres vacíos de conocimiento sobre los sistemas ganaderos que fueron abordados en esta tesis. En primer lugar, no se conocía la relación entre la producción secundaria neta y la PPNA, a lo largo de un gradiente regional de recursos y se desconocía la medida en que la actividad humana afectaba diferencialmente a los procesos parciales entre la PPNA y la producción secundaria : la eficiencia de cosecha (consumo / PPNA) y la eficiencia de producción (producción secundaria / consumo). En segundo lugar, no se conocía la relación entre la variabilidad interanual del flujo de entrada de energía, la PPNA, y el de salida, la producción secundaria neta, entre sitios que difieren por la disponibilidad de recursos o por el impacto humano. Asociado a esto existían escasos antecedentes sobre la relación entre producción secundaria, o algún determinante de esta, y la disponibilidad de recursos a través del tiempo. En particular, no existían evidencias de si esta relación temporal cambiaba a lo largo de un gradiente espacial y regional de recursos. En tercer lugar, eran muy escasos los antecedentes sobre las variaciones estacionales del índice de cosecha, y la incidencia de la carga y la PPNA sobre tales variaciones. Para abordar los primeros dos vacíos de conocimiento se compiló información de precipitación, carga animal y producción secundaria, tanto de sistemas naturales como de sistemas ganaderos. La información de sistemas naturales se obtuvo de búsquedas bibliográficas y compilaciones a nivel mundial ya publicadas. La de los sistemas ganaderos se obtuvo de dos fuentes. La primera, contempló información de 113 establecimientos ubicados a lo largo de un amplio gradiente de precipitación regional el de Argentina, pertencecientes en su mayoría la movimiento CREA. La segunda, se realizó a partir de la información brindada por el plan nacional de vacunación de aftosa para departamentos ubicados al norte del río Colorado. Para este último análisis, se estimó la PPNA a partir de información satelital, usando la lógica del modelo propuesto por Monteith (...) Para abordar el tercer vacío de conocimiento, se llevó adelante un ensayo en el que se manipularon la PPNA y su calidad, a través de dos comunidades vegetales diferentes, y la carga animal, a través de tres niveles. Este ensayo se condujo a lo largo de un año para evaluar la dinámica estacional del índice de cosecha, y al mismo tiempo identificar los factores que la regulan. En relación al primer vacío, la relación entre la producción secundaria neta y la PPNA mostró un patrón unimodal. A su vez se observó que a igual PPNA la producción secundaria neta de los sistemas ganaderos fue mayor a la de los naturales. Este incremento de la producción secundaria se debió en mayor medida a un aumento del índice de cosecha y en menor medida a un aumento en la eficiencia de producción. En relación al segundo vacío, la variabilidad interanual de la lluvia, principal control abiótico del flujo de entrada, no se relacionó significativamente con la variabilidad de un componente del siguiente nivel trófico, la carga animal, tanto en sistemas naturales como ganaderos. Sin embargo, la variabilidad de la carga animal de los naturales fue mayor que la de los ganaderos. En estos últimos la variabilidad de la PPNA, fue el doble que la de la carga animal (...) En relación al tercer vacío, se mostró que el principal control de la variación estacional del índice de cosecha fue la PPNA. Esta tesis representa la primera evidencia del impacto de la introducción de herbívoros exóticos a lo largo de un gradiente regional sobre el flujo desde la PPNA a la producción secundaria neta y brinda una de las pocas evaluaciones sobre el impacto humano sobre la estabilidad de este flujo. Finalmente, se desarrolló un modelo que permitiría mejorar las estimaciones de carga animal al relacionar la dinámica del índice de cosecha con la biomasa acumulada estimada a partir de la PPNA acumulada por estación del año.

Variación espacial y temporal de la producción primaria neta aérea y secundaria neta

Las actividades humanas impactan fuertemente sobre los procesos de los ecosistemas. En los sistemas ganaderos, las actividades humanas intentan maximizar el flujo de energía hacia la productividad secundaria. Las consecuencias sobre la transferencia de energía desde la productividad primaria neta aérea (PPNA)a la producción secundaria neta no están totalmente establecidas. Varios estudios describieron la relación entre la carga animal y la PPNA a lo largo de gradientes regionales de recursos, tanto en sistemas naturales como ganaderos. Pero persisten al menos tres vacíos de conocimiento sobre los sistemas ganaderos que fueron abordados en esta tesis. En primer lugar, no se conocía la relación entre la producción secundaria neta y la PPNA, a lo largo de un gradiente regional de recursos y se desconocía la medida en que la actividad humana afectaba diferencialmente a los procesos parciales entre la PPNA y la producción secundaria : la eficiencia de cosecha (consumo / PPNA)y la eficiencia de producción (producción secundaria / consumo). En segundo lugar, no se conocía la relación entre la variabilidad interanual del flujo de entrada de energía, la PPNA, y el de salida, la producción secundaria neta, entre sitios que difieren por la disponibilidad de recursos o por el impacto humano. Asociado a esto existían escasos antecedentes sobre la relación entre producción secundaria, o algún determinante de esta, y la disponibilidad de recursos a través del tiempo. En particular, no existían evidencias de si esta relación temporal cambiaba a lo largo de un gradiente espacial y regional de recursos. En tercer lugar, eran muy escasos los antecedentes sobre las variaciones estacionales del índice de cosecha, y la incidencia de la carga y la PPNA sobre tales variaciones. Para abordar los primeros dos vacíos de conocimiento se compiló información de precipitación, carga animal y producción secundaria, tanto de sistemas naturales como de sistemas ganaderos. La información de sistemas naturales se obtuvo de búsquedas bibliográficas y compilaciones a nivel mundial ya publicadas. La de los sistemas ganaderos se obtuvo de dos fuentes. La primera, contempló información de 113 establecimientos ubicados a lo largo de un amplio gradiente de precipitación regional el de Argentina, pertencecientes en su mayoría la movimiento CREA. La segunda, se realizó a partir de la información brindada por el plan nacional de vacunación de aftosa para departamentos ubicados al norte del río Colorado. Para este último análisis, se estimó la PPNA a partir de información satelital, usando la lógica del modelo propuesto por Monteith (...)Para abordar el tercer vacío de conocimiento, se llevó adelante un ensayo en el que se manipularon la PPNA y su calidad, a través de dos comunidades vegetales diferentes, y la carga animal, a través de tres niveles. Este ensayo se condujo a lo largo de un año para evaluar la dinámica estacional del índice de cosecha, y al mismo tiempo identificar los factores que la regulan. En relación al primer vacío, la relación entre la producción secundaria neta y la PPNA mostró un patrón unimodal. A su vez se observó que a igual PPNA la producción secundaria neta de los sistemas ganaderos fue mayor a la de los naturales. Este incremento de la producción secundaria se debió en mayor medida a un aumento del índice de cosecha y en menor medida a un aumento en la eficiencia de producción. En relación al segundo vacío, la variabilidad interanual de la lluvia, principal control abiótico del flujo de entrada, no se relacionó significativamente con la variabilidad de un componente del siguiente nivel trófico, la carga animal, tanto en sistemas naturales como ganaderos. Sin embargo, la variabilidad de la carga animal de los naturales fue mayor que la de los ganaderos. En estos últimos la variabilidad de la PPNA, fue el doble que la de la carga animal (...)En relación al tercer vacío, se mostró que el principal control de la variación estacional del índice de cosecha fue la PPNA. Esta tesis representa la primera evidencia del impacto de la introducción de herbívoros exóticos a lo largo de un gradiente regional sobre el flujo desde la PPNA a la producción secundaria neta y brinda una de las pocas evaluaciones sobre el impacto humano sobre la estabilidad de este flujo. Finalmente, se desarrolló un modelo que permitiría mejorar las estimaciones de carga animal al relacionar la dinámica del índice de cosecha con la biomasa acumulada estimada a partir de la PPNA acumulada por estación del año.

A reified temporal logic

This paper presents a reified temporal logic for representing and reasoning about temporal and non-temporal relationships between non-temporal assertions. A clear syntax and semantics for the logic is formally provided. Three types of predicates, temporal predicates, non-temporal predicates and meta-predicates, are introduced. Terms of the proposed language are partitioned into three types, temporal terms, non-temporal terms and propositional terms. Reified propositions consist of formulae with each predicate being either a temporal predicate or a meta-predicate. Meta-predicates may take both temporal terms and propositional terms together as arguments or take propositional terms alone. A standard formula of the classical first-order language with each predicate being a non-temporal predicate taking only non-temporal terms as arguments is reified as just a propositional term. A general time ontology has been provided which can be specialized to a variety of existing temporal systems. The new logic allows one to predicate and quantify over propositional terms while according a special status of time; for example, assertions such as ‘effects cannot precede their causes’ is ensured in the logic, and some problematic temporal aspects including the delay time between events and their effects can be conveniently expressed. Applications of the logic are presented including the characterization of the negation of properties and their contextual sentences, and the expression of temporal relations between actions and effects.

Temporal management using relative time in knowledge-based process control

In this paper, a knowledge-based approach is proposed for the management of temporal information in process control. A common-sense theory of temporal constraints over processes/events, allowing relative temporal knowledge, is employed here as the temporal basis for the system. This theory supports duration reasoning and consistency checking, and accepts relative temporal knowledge which is in a form normally used by human operators. An architecture for process control is proposed which centres on an historical database consisting of events and processes, together with the qualitative temporal relationships between their occurrences. The dynamics of the system is expressed by means of three types of rule: database updating rules, process control rules, and data deletion rules. An example is provided in the form of a life scheduler, to illustrate the database and the rule sets. The example demonstrates the transitions of the database over time, and identifies the procedure in terms of a state transition model for the application. The dividing instant problem for logical inference is discussed with reference to this process control example, and it is shown how the temporal theory employed can be used to deal with the problem.

A qualitative temporal information system for process control

A general system is presented in this paper which supports the expression of relative temporal knowledge in process control and management. This system allows knowledge of Allen's temporal relations over time elements, which may be both intervals and points. The objectives and characteristics of two major temporal attributes, i.e. ‘transaction time’ and ‘valid time’, are described. A graphical representation for the temporal network is presented, and inference over the network may be made by means of a consistency checker in terms of the graphical representation. An illustrative example of the system as applied to process control and management is provided.

Temporal structure and enablement representation for mutual wills: A Petri net approach

Those temporal formalisms that are sporadically found nowadays in the literature of AI & Law are based on temporal logic. We claim a revived role for another major class of temporal representation: Petri nets. This formalism, popular in computing from the 1970s, had its potential recognized on occasion in the literature of legal computing as well, but apparently the discipline has lost sight of it, and its practitioners on average need be tutored into this kind of representation. Asynchronous, concurrent processes—for which the approach is well‐suited—are found in the legal domain, in disparate contexts. We develop an example for Mutual Wills.

Representing temporal knowledge in legal discourse

This paper presents a formalism for representing temporal knowledge in legal discourse that allows an explicit expression of time and event occurrences. The fundamental time structure is characterized as a well‐ordered discrete set of primitive times, i.e. non‐decomposable intervals with positive duration or points with zero duration), from which decomposable intervals can be constructed. The formalism supports a full representation of both absolute and relative temporal knowledge, and a formal mechanism for checking the temporal consistency of a given set of legal statements is provided. The general consistency checking algorithm which addresses both absolute and relative temporal knowledge turns out to be a linear programming problem, while in the special case where only relative temporal relations are involved, it becomes a simple question of searching for cycles in the graphical representation of the corresponding legal text.

Temporal modelling of short-term rainfall using Cox processes

We study two marked point process models based on the Cox process. These models are used to describe the probabilistic structure of the rainfall intensity process. Mathematical formulation of the models is described and some second-moment characteristics of the rainfall depth, and aggregated processes are considered. The derived second-order properties of the accumulated rainfall amounts at different levels of aggregation are used in order to examine the model fit. A brief data analysis is presented. Copyright © 1998 John Wiley & Sons, Ltd.

Temporal representation of state transitions

This paper describes a knowledge-based temporal representation of state transitions for industrial real-time systems. To allow expression of uncertainty, we shall define fluents as disjuncts of positive/negative time-varying properties. A state of the world is represented as a collection of fluents, which is usually incomplete in the sense that neither the positive form nor the negative form of some properties can be implied from it. The world under consideration is assumed to persist in a given state until an action(s) takes place to effect a transition of it into another state, where actions may either be instantaneous or durative. High-level causal laws are characterized in terms of relationships between actions and the involved world states. An effect completion axiom is imposed on each causal law to guarantee that all the fluents that can be affected by the performance of the corresponding action are governed. This completion requirement is practical for most industrial real-time applications and in fact provides a simple and effective treatment to the so-called frame problem.

Guest Editorial. Special Issue: Temporal logic in engineering

Logic-based models are thriving within artificial intelligence. A great number of new logics have been defined, and their theory investigated. Epistemic logics introduce modal operators for knowledge or belief; deontic logics are about norms, and introduce operators of deontic necessity and possibility (i.e., obligation or prohibition). And then we have a much investigated class—temporal logics—to whose application to engineering this special issue is devoted. This kind of formalism deserves increased widespread recognition and application in engineering, a domain where other kinds of temporal models (e.g., Petri nets) are by now a fairly standard part of the modelling toolbox.