Enhancing Guideline-based decision support with distributed computation through local mobile application

We introduce the need for a distributed guideline-based decision sup-port (DSS) process, describe its characteristics, and explain how we implement-ed this process within the European Union?s MobiGuide project. In particular, we have developed a mechanism of sequential, piecemeal projection, i.e., 'downloading' small portions of the guideline from the central DSS server, to the local DSS in the patient's mobile device, which then applies that portion, us-ing the mobile device's local resources. The mobile device sends a callback to the central DSS when it encounters a triggering pattern predefined in the pro-jected module, which leads to an appropriate predefined action by the central DSS, including sending a new projected module, or directly controlling the rest of the workflow. We suggest that such a distributed architecture that explicitly defines a dialog between a central DSS server and a local DSS module, better balances the computational load and exploits the relative advantages of the cen-tral server and of the local mobile device.

Arquitectura y modelo de referencia para un ecosistema de intercambio de datos personales centrado en el usuario

Los servicios telemáticos han transformando la mayoría de nuestras actividades cotidianas y ofrecen oportunidades sin precedentes con características como, por ejemplo, el acceso ubicuo, la disponibilidad permanente, la independencia del dispositivo utilizado, la multimodalidad o la gratuidad, entre otros. No obstante, los beneficios que destacan en cuanto se reflexiona sobre estos servicios, tienen como contrapartida una serie de riesgos y amenazas no tan obvios, ya que éstos se nutren de y tratan con datos personales, lo cual suscita dudas respecto a la privacidad de las personas. Actualmente, las personas que asumen el rol de usuarios de servicios telemáticos generan constantemente datos digitales en distintos proveedores. Estos datos reflejan parte de su intimidad, de sus características particulares, preferencias, intereses, relaciones sociales, hábitos de consumo, etc. y lo que es más controvertido, toda esta información se encuentra bajo la custodia de distintos proveedores que pueden utilizarla más allá de las necesidades y el control del usuario. Los datos personales y, en particular, el conocimiento sobre los usuarios que se puede extraer a partir de éstos (modelos de usuario) se han convertido en un nuevo activo económico para los proveedores de servicios. De este modo, estos recursos se pueden utilizar para ofrecer servicios centrados en el usuario basados, por ejemplo, en la recomendación de contenidos, la personalización de productos o la predicción de su comportamiento, lo cual permite a los proveedores conectar con los usuarios, mantenerlos, involucrarlos y en definitiva, fidelizarlos para garantizar el éxito de un modelo de negocio. Sin embargo, dichos recursos también pueden utilizarse para establecer otros modelos de negocio que van más allá de su procesamiento y aplicación individual por parte de un proveedor y que se basan en su comercialización y compartición con otras entidades. Bajo esta perspectiva, los usuarios sufren una falta de control sobre los datos que les refieren, ya que esto depende de la voluntad y las condiciones impuestas por los proveedores de servicios, lo cual implica que habitualmente deban enfrentarse ante la disyuntiva de ceder sus datos personales o no acceder a los servicios telemáticos ofrecidos. Desde el sector público se trata de tomar medidas que protejan a los usuarios con iniciativas y legislaciones que velen por su privacidad y que aumenten el control sobre sus datos personales, a la vez que debe favorecer el desarrollo económico propiciado por estos proveedores de servicios. En este contexto, esta tesis doctoral propone una arquitectura y modelo de referencia para un ecosistema de intercambio de datos personales centrado en el usuario que promueve la creación, compartición y utilización de datos personales y modelos de usuario entre distintos proveedores, al mismo tiempo que ofrece a los usuarios las herramientas necesarias para ejercer su control en cuanto a la cesión y uso de sus recursos personales y obtener, en su caso, distintos incentivos o contraprestaciones económicas. Las contribuciones originales de la tesis son la especificación y diseño de una arquitectura que se apoya en un proceso de modelado distribuido que se ha definido en el marco de esta investigación. Éste se basa en el aprovechamiento de recursos que distintas entidades (fuentes de datos) ofrecen para generar modelos de usuario enriquecidos que cubren las necesidades específicas de terceras entidades, considerando la participación del usuario y el control sobre sus recursos personales (datos y modelos de usuario). Lo anterior ha requerido identificar y caracterizar las fuentes de datos con potencial de abastecer al ecosistema, determinar distintos patrones para la generación de modelos de usuario a partir de datos personales distribuidos y heterogéneos y establecer una infraestructura para la gestión de identidad y privacidad que permita a los usuarios expresar sus preferencias e intereses respecto al uso y compartición de sus recursos personales. Además, se ha definido un modelo de negocio de referencia que sustenta las investigaciones realizadas y que ha sido particularizado en dos ámbitos de aplicación principales, en concreto, el sector de publicidad en redes sociales y el sector financiero para la implantación de nuevos servicios. Finalmente, cabe destacar que las contribuciones de esta tesis han sido validadas en el contexto de distintos proyectos de investigación industrial aplicada y también en el marco de proyectos fin de carrera que la autora ha tutelado o en los que ha colaborado. Los resultados obtenidos han originado distintos méritos de investigación como dos patentes en explotación, la publicación de un artículo en una revista con índice de impacto y diversos artículos en congresos internacionales de relevancia. Algunos de éstos han sido galardonados con premios de distintas instituciones, así como en las conferencias donde han sido presentados. ABSTRACT Information society services have changed most of our daily activities, offering unprecedented opportunities with certain characteristics, such as: ubiquitous access, permanent availability, device independence, multimodality and free-of-charge services, among others. However, all the positive aspects that emerge when thinking about these services have as counterpart not-so-obvious threats and risks, because they feed from and use personal data, thus creating concerns about peoples’ privacy. Nowadays, people that play the role of user of services are constantly generating digital data in different service providers. These data reflect part of their intimacy, particular characteristics, preferences, interests, relationships, consumer behavior, etc. Controversy arises because this personal information is stored and kept by the mentioned providers that can use it beyond the user needs and control. Personal data and, in particular, the knowledge about the user that can be obtained from them (user models) have turned into a new economic asset for the service providers. In this way, these data and models can be used to offer user centric services based, for example, in content recommendation, tailored-products or user behavior, all of which allows connecting with the users, keeping them more engaged and involved with the provider, finally reaching customer loyalty in order to guarantee the success of a business model. However, these resources can be used to establish a different kind of business model; one that does not only processes and individually applies personal data, but also shares and trades these data with other entities. From that perspective, the users lack control over their referred data, because it depends from the conditions imposed by the service providers. The consequence is that the users often face the following dilemma: either giving up their personal data or not using the offered services. The Public Sector takes actions in order to protect the users approving, for example, laws and legal initiatives that reinforce privacy and increase control over personal data, while at the same time the authorities are also key players in the economy development that derives from the information society services. In this context, this PhD Dissertation proposes an architecture and reference model to achieve a user-centric personal data ecosystem that promotes the creation, sharing and use of personal data and user models among different providers, while offering users the tools to control who can access which data and why and if applicable, to obtain different incentives. The original contributions obtained are the specification and design of an architecture that supports a distributed user modelling process defined by this research. This process is based on leveraging scattered resources of heterogeneous entities (data sources) to generate on-demand enriched user models that fulfill individual business needs of third entities, considering the involvement of users and the control over their personal resources (data and user models). This has required identifying and characterizing data sources with potential for supplying resources, defining different generation patterns to produce user models from scattered and heterogeneous data, and establishing identity and privacy management infrastructures that allow users to set their privacy preferences regarding the use and sharing of their resources. Moreover, it has also been proposed a reference business model that supports the aforementioned architecture and this has been studied for two application fields: social networks advertising and new financial services. Finally, it has to be emphasized that the contributions obtained in this dissertation have been validated in the context of several national research projects and master thesis that the author has directed or has collaborated with. Furthermore, these contributions have produced different scientific results such as two patents and different publications in relevant international conferences and one magazine. Some of them have been awarded with different prizes.

Criterios de restauración, intervención y revitalización del patrimonio industrial : la fábrica de gas de San Paolo en Roma

La tesis está centrada en el patrimonio industrial, y trata de ahondar en los temas enunciados en el título, Criterios de restauración, intervención y revitalización del patrimonio industrial (capítulo 1). La fábrica de gas de San Paolo en Roma (capítulo 2): En el primer capítulo, se profundiza en los criterios institucionalizados de actuación en el patrimonio, pero también se habla sobre la singularidad, los valores originales, estratificados en cada construcción y su contexto. Ello resume la intención de la doctoranda al entender la necesidad del análisis de cada obra en modo profundo, concreto y abierto a novedosos acercamientos, antes de su transformación. Al hablar de intervención frente a restauración, se aborda la conocida polémica que plantea el modo de acercarse al legado histórico. Parece necesario enunciar cómo se consideran en el trabajo estos términos. Mientras la restauración (como diría Cesare Brandi, constituye el momento metodológico del reconocimiento de la obra de arte en su consistencia física y en su doble polaridad estética e histórica, en orden a su transmisión al futuro) es una acción más restrictiva, que implica atención suma a la recuperación y conservación de los valores significativos y únicos del bien, en comunicación con un (posible) equipo interdisciplinar; por intervención se entiende aquí un desarrollo más personal y libre por parte del proyectista, en el que se produce un proceso dialéctico entre la preexistencia y el posicionamiento crítico adoptado a la hora de dar un obligado nuevo uso a ese bien. Es decir, el contraste está en el diferente reconocimiento de la materialidad física y sus significados. En torno a la restauración/intervención, se analizan las perspectivas de actuación en España e Italia, contrastando factores como la formación del arquitecto o el entorno laboral-cultural, y utilizando el método analítico comparativo de casos. Habría un tercer concepto: el de revitalización del patrimonio industrial, Éste hace referencia a su transformación, a sus usos más comunes y compatibles, a la redimensión artística que ha experimentado la arquitectura industrial gracias al arte contemporáneo y a su relación con la Modernidad. Por último, se enuncia en el título el caso de estudio, la Fábrica, que ocupa el segundo capítulo. Se trata de un enorme conjunto industrial singular semi abandonado en el confín del centro histórico, cuyo protagonista es un gran gasómetro, que la autora ha tenido la oportunidad de descubrir en su estancia en la Ciudad Eterna. Este barrio constituyó el primer y único sector industrial de la Roma moderna a inicios del siglo XX. Por varias causas históricas y voluntad política, la ciudad prácticamente no tuvo más desarrollo industrial que el área mencionada, donde se implantaron servicios y actividades de gran transformación (Matadero, Mercados Generales, Almacenes Fluviales, Central Montemartini o esta fábrica). A partir de 1920, se empezó a construir un tejido productivo que la llevó de la situación de posguerra al milagro económico. Frente al mito de la Roma monumental o de la Roma cotidiana, aparece el aspecto industrial como mito de la contemporaneidad. Sin embargo, esta ciudad es demasiado antigua como para convertirse en moderna, y su proceso industrial en contraste con su larga historia resulta breve. La inmediata relación de la fase industrial romana con el resultado de este desarrollo viene identificada con las instalaciones señaladas, más significativas por su excepcionalidad que por la duración del momento irrepetible que representan. Su presencia física perdura a pesar de su abandono, aisladas tras su muro perimetral y casi desconocidas. Esto las hace apetecibles para la especulación inmobiliaria y resultan un caso de estudio ideal para realizar un Plan de Intervención Global, en el que determinar una serie de intervenciones necesarias, usos compatibles y directrices para la ordenación del conjunto, coherentes con los conceptos manejados en el primer capítulo. ABSTRACT The thesis focuses on industrial heritage, delving into the topics listed in its title, Criteria for the restoration, intervention and revitalisation of industrial heritage (chapter 1). The San Paolo gas factory in Rome (chapter 2): Chapter one elaborates on the official criteria to take action on heritage, but also deals with the singularity and original values unique to each construction and its context. This underlines the PhD candidate’s intentions by understanding the need for an in-depth and specific analysis, open to novel approaches to each site before its transformation. When speaking of intervention, as opposed to restoration, we address the well-known controversy that stems from the different ways of approaching historical heritage. It seems necessary to explain how these terms are interpreted in this piece of work. Whereas restoration (as Cesare Brandi would say, constitutes the methodological moment in which the work of art is appreciated in its material form and in its historical and aesthetic duality, with a view to transmitting it to the future) is a more restrictive action, demanding the utmost attention to the recovery and preservation of the piece of heritage’s defining and exceptional values, (ideally) in communication with a interdisciplinary team. By intervention, we hereby understand a more personal and free procedure carried out by the designer in which a dialectical process takes place between preexistence and the critical stance taken in order to give that good a much needed new use. That is, contrast lies in the different recognition of physical materiality and its meanings. As for the restoration/intervention dilemma, the different courses of action followed in Spain and Italy will be analysed, contrasting the architects’ training, the labourcultural environment and taking an analytical comparative case study method. There is a third concept: the revitalisation of industrial heritage, which refers to its transformation, its most common and compatible uses, the artistic redimensioning that industrial architecture has experienced thanks to contemporary art, and its relationship with Modernity. Lastly, the title refers to the case study, i.e., the analysis of the Factory, which makes up chapter 2. It is an enormous and semiabandoned peerless industrial complex on the edge of the historical city centre whose main landmark is a huge gasometer, which the author had the chance to discover during her stay in the Eternal City. This district made up the first and only industrial sector in the modern Rome of the early 20th century. Due to a number of reasons, both historical and political, barely no further industrial development took place in the city beyond the mentioned area, where processing services and activities were set up (Slaughterhouse, General Markets, Riverside Warehouses, Montemartini Power Plant or the said factory). In the 1920s began the construction of the productive fabric that raised the city from its postwar plight to the economic miracle. As opposed to the myth of monumental Rome and daily-life Rome, this industrial Rome rose as contemporaneity’s myth. However, this city is too ancient to become modern, and its industrial process strikes us as brief when confronted with its long history. The close relationship between Rome’s industrial stage and the consequences of this development is best represented by the aforementioned facilities, more relevant due to their uniqueness than the length of the once-in-a-lifetime moment they represent. Their physical presence lives on despite abandonment and isolation, as they stand vastly unknown behind their perimeter walls. This renders them appealing to property speculators, becoming an ideal case study for the creation of a Global Intervention Plan in which to determine a series of necessary actions, compatible uses and directives, all of them consistent with the concepts dealt with in chapter 1. RIASSUNTO La tesi è focalizzata sul patrimonio industriale e cerca di approfondire le tematiche contenute nel titolo, Criteri di restauro, intervento e rivitalizzazione del patrimonio industriale (capitolo 1). La Fabbrica del gas di San Paolo a Roma (capitolo 2): Nel primo capitolo vengono presi in esame i criteri istituzionalizzati di attuazione nel patrimonio, ma si parla anche della unicità, i valori originali, stratificati in ogni costruzione ed il suo contesto. Questo riassume l’intenzione della dottoranda di capire la necessità dell’analisi di ogni opera in modo profondo, concreto e aperto a nuovi approcci, prima della sua trasformazione. Nel parlare di intervento versus restauro, si affronta la famosa polemica che considera il modo di avicinarsi all’eredità storica. Appare necessario precisare come questi termini sono considerati in questo lavoro. Mentre il restauro (come direbbe Cesare Brandi, costituisce il momento metodologico del riconoscimento dell’opera d’arte nella sua consistenza fisica e nella duplice polarità estetica e storica, in vista della sua trasmissione nel futuro) è un’azione più restrittiva, e quindi implica massima attenzione al recupero e conservazione dei valori significativi ed unici del bene, in comunicazione con una (eventuale) squadra interdisciplinare; per intervento si intende qui un processo più personale e libero del progettista, nel quale si produce uno sviluppo dialettico tra la preesistenza e la posizione critica adottata quando si deve dare un nuovo uso di quel bene. Vale a dire che il contrasto risiede nel diverso riconoscimento della materialità fisica e i loro significati. Intorno al restauro / intervento, si analizzano le prospettive di attuazione in Spagna e Italia, contrastando diversi fattori come la formazione dell’architetto o l’ambiente lavorativo-culturale, ed impiegando il metodo analitico comparativo dei casi. Ci sarebbe un terzo concetto: quello della rivitalizzazione del patrimonio industriale. Questo fa riferimento alla sua trasformazione, ai suoi usi più comuni e compatibili, al ridimensionamento artistico vissuto dall’archeologia industriale grazie all’arte contemporanea ed al suo rapporto con la Modernità. In ultimo, si enuncia nel titolo il caso di studio, ovvero l’analisi della Fabbrica, che occupa il secondo capitolo. Si tratta di un enorme complesso industriale semi-abbandonato al confine con il centro storico, il cui protagonista è un grande gasometro, che l’autrice ha avuto modo di scoprire durante il suo soggiorno nella Città Eterna. Questo quartiere costituì il primo e unico moderno settore industriale della Roma moderna all’inizio del Novecento. Per diverse ragioni storiche e volontà politiche, la città praticamente non ha subito ulteriore sviluppo industriale oltre l’area citata, dove si impiantarono servizi e attività di grande trasformazione (Mattatoio, Mercati Generali, Magazzini Generali, Centrale Montemartini o questa fabbrica). Dal 1920, si inizió a costruire un tessuto prodottivo che portò la città dalla situazione post-bellica al miracolo economico. Di fronte al mito della Roma monumentale o della Roma quotidiana, appare questa Roma industriale come mito della contemporaneità. Tuttavia, questa città è troppo antica per diventare moderna, ed il suo processo industriale in contrasto con la sua lunga storia risulta breve. Il rapporto diretto della fase industriale romana con il risultato di questo sviluppo viene identificato con gli impianti segnalati, più significativi per la loro unicità che per la durata del momento irripetibile che rappresentano. La loro presenza fisica perdura nonostante l’abbandono, isolati dietro il loro muro di cinta e quasi sconosciuti. Questo li rende auspicabile per la speculazione immobiliare e sono un caso ideale per eseguire un Piano di Intervento Globale, che determini una serie di interventi necessari, usi compatibili e linee guida per la pianificazione del tutto, in linea con i concetti utilizzati nel primo capitolo.

NARRATIVAS DE EXPERIÊNCIAS VIVIDAS POR DOCENTES E DISCENTES COM USO DE TECNOLOGIA DE INFORMAÇÃO E COMUNICAÇÃO – TDIC NA EDUCAÇÃO BÁSICA

Vivemos um período de transformações políticas, econômicas, sociais e culturais que, a todo instante, nos impõe desafios. Neste contexto, nas últimas décadas, o uso da tecnologia tem sido ampliado na realização de diversas atividades cotidianas, na divulgação de informações, na comunicação, como forma de expressão e organização da sociedade. A escola, enquanto instituição social, precisa reconhecer esta nova realidade, esta diferente possibilidade de aquisição e transformação de saber, para que possa intervir, ressignificar e redirecionar sua ação, a fim de atender as demandas de seu tempo. O objetivo geral desta pesquisa, a partir da apresentação e análise de experiências realizadas com o uso de Tecnologias da Informação e Conhecimento, é o de refletir sobre como inserir estas ferramentas no processo de ensinar e aprender na escola a partir da visão de professores e alunos, visando a formação integral do educando. Deste modo, no desenvolvimento, entendemos como necessário conhecer e considerar o contexto histórico, bem como as perspectivas relacionadas a escola e seus protagonistas (professores e estudantes) na chamada Sociedade da Informação e do Conhecimento. Ressaltamos a importância do docente (sua formação) e seu papel de mediador nos processos de aprendizagem, assim como a recepção à tecnologia, observando função e espaço de atuação desta. Destacamos experiências com a utilização de TDIC, realizada por professores e alunos, como a produção de game, revistas científicas, escrita de histórias, produções artísticas, blogs, vlogs, discussões em grupos presentes em redes sociais. A metodologia utilizada nesta pesquisa é qualitativa, na modalidade de pesquisa-ação e narrativa, em função do envolvimento com o grupo e com as atividades desenvolvidas, nas quais os participantes compartilham com o pesquisador suas histórias pessoais e de aprendizagem relacionadas às ações ou às atividades que realiza, fornecendo informações e indícios relevantes sobre o seu processo de formação ao longo do tempo. A revisão de literatura foi realizada por meio de análise bibliográfica e documental em livros, teses, dissertações, periódicos específicos sobre o assunto, além de artigos publicados na Internet. A coleta de dados foi realizada a partir de conversas informais, entrevistas semiestruturadas e filmagem dos relatos. A análise foi realizada a partir da abordagem hermenêutico-fenomenológica, que busca descrever e interpretar fenômenos da experiência humana, a fim de investigar a essência por meio da identificação de temas. Os resultados apontam para a necessidade e possibilidade da ampliação da utilização de TDIC como recurso no processo de ensino e aprendizagem, por meio de formação, diálogo, interação, intencionalidade, expectativas, esperança e seus desdobramentos.

O EFEITO DO CONTROLE RESPIRATÓRIO EM VARIÁVEIS ELETROFISIOLÓGICAS DA ATENÇÃO

A prática do ioga tem se tornado cada vez mais popular, não apenas pelos benefícios físicos, mas principalmente pelo bem-estar psicológico trazido pela sua prática. Um dos componentes do ioga é o Prãnãyama, ou controle da respiração. A atenção e a respiração são dois mecanismos fisiológicos e involuntários requeridos para a execução do Prãnãyama. O principal objetivo desse estudo foi verificar se variáveis contínuas do EEG (potência de diferentes faixas que o compõem) seriam moduladas pelo controle respiratório, comparando-se separadamente as duas fases do ciclo respiratório (inspiração e expiração), na situação de respiração espontânea e controlada. Fizeram parte do estudo 19 sujeitos (7 homens/12 mulheres, idade média de 36,89 e DP = ± 14,46) que foram convidados a participar da pesquisa nas dependências da Faculdade de Saúde da Universidade Metodista de São Paulo. Para o registro do eletroencefalograma foi utilizado um sistema de posicionamento de cinco eletrodos Ag AgCl (FPz, Fz, Cz, Pz e Oz) fixados a uma touca de posicionamento rápido (Quick-Cap, Neuromedical Supplies®), em sistema 10-20. Foram obtidos valores de máxima amplitude de potência (espectro de potência no domínio da frequência) nas frequências teta, alfa e beta e delta e calculada a razão teta/beta nas diferentes fases do ciclo respiratório (inspiração e expiração), separadamente, nas condições de respiração espontânea e de controle respiratório. Para o registro do ciclo respiratório, foi utilizada uma cinta de esforço respiratório M01 (Pletismógrafo). Os resultados mostram diferenças significativas entre as condições de respiração espontânea e de controle com valores das médias da razão teta/beta menores na respiração controlada do que na respiração espontânea e valores de média da potência alfa sempre maiores no controle respiratório. Diferenças significativas foram encontradas na comparação entre inspiração e expiração da respiração controlada com diminuição dos valores das médias da razão teta/beta na inspiração e aumento nos valores das médias da potência alfa, sobretudo na expiração. Os achados deste estudo trazem evidências de que o controle respiratório modula variáveis eletrofisiológicas relativas à atenção refletindo um estado de alerta, porém mais relaxado do que na situação de respiração espontânea.

MÍDIAS SOCIAIS DIGITAIS: ESPAÇO DE RELACIONAMENTO E COMUNICAÇÃO ESTRATÉGICA

O trabalho tem como proposta avaliar a postura das organizações nas mídias sociais digitais, considerando o fato de que esses novos ambientes virtuais têm modificado drasticamente a maneira pela qual elas promovem o relacionamento com seus públicos estratégicos. O objetivo principal da pesquisa é identificar e compreender como as organizações se posicionam diante de comentários desfavoráveis nas mídias sociais digitais que possam impactar sua imagem e reputação, bem como mostrar a importância de monitorar constantemente o consumidor e dialogar com ele nos canais digitais para evitar riscos à marca. A metodologia aplicada denomina-se Estudo de Casos Múltiplos, por meio da qual analisaram-se os comentários desfavoráveis às marcas: Vivo, Tim e Oi, na página do Facebook, durante o mês de setembro de 2015. Construiu-se um protocolo de pesquisa, e realizou-se o acompanhamento dessas marcas analisando-lhes os posts e os comentários desfavoráveis coletados no período. Constatou-se, após tais procedimentos que as operadoras apresentam frequentemente dificuldades para se relacionar com os públicos nas mídias sociais digitais, o que as coloca em risco quanto à sua imagem e reputação.

The universal ancestor

A genetic annealing model for the universal ancestor of all extant life is presented; the name of the model derives from its resemblance to physical annealing. The scenario pictured starts when “genetic temperatures” were very high, cellular entities (progenotes) were very simple, and information processing systems were inaccurate. Initially, both mutation rate and lateral gene transfer levels were elevated. The latter was pandemic and pervasive to the extent that it, not vertical inheritance, defined the evolutionary dynamic. As increasingly complex and precise biological structures and processes evolved, both the mutation rate and the scope and level of lateral gene transfer, i.e., evolutionary temperature, dropped, and the evolutionary dynamic gradually became that characteristic of modern cells. The various subsystems of the cell “crystallized,” i.e., became refractory to lateral gene transfer, at different stages of “cooling,” with the translation apparatus probably crystallizing first. Organismal lineages, and so organisms as we know them, did not exist at these early stages. The universal phylogenetic tree, therefore, is not an organismal tree at its base but gradually becomes one as its peripheral branchings emerge. The universal ancestor is not a discrete entity. It is, rather, a diverse community of cells that survives and evolves as a biological unit. This communal ancestor has a physical history but not a genealogical one. Over time, this ancestor refined into a smaller number of increasingly complex cell types with the ancestors of the three primary groupings of organisms arising as a result.

Experience-dependent corticofugal adjustment of midbrain frequency map in bat auditory system

Recent studies of corticofugal modulation of auditory information processing indicate that cortical neurons mediate both a highly focused positive feedback to subcortical neurons “matched” in tuning to a particular acoustic parameter and a widespread lateral inhibition to “unmatched” subcortical neurons. This cortical function for the adjustment and improvement of subcortical information processing is called egocentric selection. Egocentric selection enhances the neural representation of frequently occurring signals in the central auditory system. For our present studies performed with the big brown bat (Eptesicus fuscus), we hypothesized that egocentric selection adjusts the frequency map of the inferior colliculus (IC) according to auditory experience based on associative learning. To test this hypothesis, we delivered acoustic stimuli paired with electric leg stimulation to the bat, because such paired stimuli allowed the animal to learn that the acoustic stimulus was behaviorally important and to make behavioral and neural adjustments based on the acquired importance of the acoustic stimulus. We found that acoustic stimulation alone evokes a change in the frequency map of the IC; that this change in the IC becomes greater when the acoustic stimulation is made behaviorally relevant by pairing it with electrical stimulation; that the collicular change is mediated by the corticofugal system; and that the IC itself can sustain the change evoked by the corticofugal system for some time. Our data support the hypothesis.

Maternal Obesity During Pregnancy Associates With Premature Mortality and Major Cardiovascular Events in Later Life

Acknowledgements We thank Ms Katie Wilde, Data Management Team, University of Aberdeen and Lynsey Waugh, Information and Services Division of NHS Scotland for their help with data extraction and linkage. Funding sources This work was supported by funding from the Chief Scientist Office, Scotland. We also acknowledge support from Tommy’s and the British Heart Foundation. The funders had no role in study design, data collection and analysis, decision to publish, or preparation of the manuscript. None of the authors are related to any of the funders

Neonatal lead exposure impairs development of rodent barrel field cortex

Childhood exposure to low-level lead can permanently reduce intelligence, but the neurobiologic mechanism for this effect is unknown. We examined the impact of lead exposure on the development of cortical columns, using the rodent barrel field as a model. In all areas of mammalian neocortex, cortical columns constitute a fundamental structural unit subserving information processing. Barrel field cortex contains columnar processing units with distinct clusters of layer IV neurons that receive sensory input from individual whiskers. In this study, rat pups were exposed to 0, 0.2, 1, 1.5, or 2 g/liter lead acetate in their dam's drinking water from birth through postnatal day 10. This treatment, which coincides with the development of segregated columns in the barrel field, produced blood lead concentrations from 1 to 31 μg/dl. On postnatal day 10, the area of the barrel field and of individual barrels was measured. A dose-related reduction in barrel field area was observed (Pearson correlation = −0.740; P < 0.001); mean barrel field area in the highest exposure group was decreased 12% versus controls. Individual barrels in the physiologically more active caudoventral group were affected preferentially. Total cortical area measured in the same sections was not altered significantly by lead exposure. These data support the hypothesis that lead exposure may impair the development of columnar processing units in immature neocortex. We demonstrate that low levels of blood lead, in the range seen in many impoverished inner-city children, cause structural alterations in a neocortical somatosensory map.

A universal scaling law between gray matter and white matter of cerebral cortex

Neocortex, a new and rapidly evolving brain structure in mammals, has a similar layered architecture in species over a wide range of brain sizes. Larger brains require longer fibers to communicate between distant cortical areas; the volume of the white matter that contains long axons increases disproportionally faster than the volume of the gray matter that contains cell bodies, dendrites, and axons for local information processing, according to a power law. The theoretical analysis presented here shows how this remarkable anatomical regularity might arise naturally as a consequence of the local uniformity of the cortex and the requirement for compact arrangement of long axonal fibers. The predicted power law with an exponent of 4/3 minus a small correction for the thickness of the cortex accurately accounts for empirical data spanning several orders of magnitude in brain sizes for various mammalian species, including human and nonhuman primates.

Transforming neural computations and representing time

Motifs of neural circuitry seem surprisingly conserved over different areas of neocortex or of paleocortex, while performing quite different sensory processing tasks. This apparent paradox may be resolved by the fact that seemingly different problems in sensory information processing are related by transformations (changes of variables) that convert one problem into another. The same basic algorithm that is appropriate to the recognition of a known odor quality, independent of the strength of the odor, can be used to recognize a vocalization (e.g., a spoken syllable), independent of whether it is spoken quickly or slowly. To convert one problem into the other, a new representation of time sequences is needed. The time that has elapsed since a recent event must be represented in neural activity. The electrophysiological hallmarks of cells that are involved in generating such a representation of time are discussed. The anatomical relationships between olfactory and auditory pathways suggest relevant experiments. The neurophysiological mechanism for the psychophysical logarithmic encoding of time duration would be of direct use for interconverting olfactory and auditory processing problems. Such reuse of old algorithms in new settings and representations is related to the way that evolution develops new biochemistry.

Visual constraints in foraging bumblebees: Flower size and color affect search time and flight behavior

In optimal foraging theory, search time is a key variable defining the value of a prey type. But the sensory-perceptual processes that constrain the search for food have rarely been considered. Here we evaluate the flight behavior of bumblebees (Bombus terrestris) searching for artificial flowers of various sizes and colors. When flowers were large, search times correlated well with the color contrast of the targets with their green foliage-type background, as predicted by a model of color opponent coding using inputs from the bees' UV, blue, and green receptors. Targets that made poor color contrast with their backdrop, such as white, UV-reflecting ones, or red flowers, took longest to detect, even though brightness contrast with the background was pronounced. When searching for small targets, bees changed their strategy in several ways. They flew significantly slower and closer to the ground, so increasing the minimum detectable area subtended by an object on the ground. In addition, they used a different neuronal channel for flower detection. Instead of color contrast, they used only the green receptor signal for detection. We relate these findings to temporal and spatial limitations of different neuronal channels involved in stimulus detection and recognition. Thus, foraging speed may not be limited only by factors such as prey density, flight energetics, and scramble competition. Our results show that understanding the behavioral ecology of foraging can substantially gain from knowledge about mechanisms of visual information processing.

Pitch perception: A dynamical-systems perspective

Two and a half millennia ago Pythagoras initiated the scientific study of the pitch of sounds; yet our understanding of the mechanisms of pitch perception remains incomplete. Physical models of pitch perception try to explain from elementary principles why certain physical characteristics of the stimulus lead to particular pitch sensations. There are two broad categories of pitch-perception models: place or spectral models consider that pitch is mainly related to the Fourier spectrum of the stimulus, whereas for periodicity or temporal models its characteristics in the time domain are more important. Current models from either class are usually computationally intensive, implementing a series of steps more or less supported by auditory physiology. However, the brain has to analyze and react in real time to an enormous amount of information from the ear and other senses. How is all this information efficiently represented and processed in the nervous system? A proposal of nonlinear and complex systems research is that dynamical attractors may form the basis of neural information processing. Because the auditory system is a complex and highly nonlinear dynamical system, it is natural to suppose that dynamical attractors may carry perceptual and functional meaning. Here we show that this idea, scarcely developed in current pitch models, can be successfully applied to pitch perception.

Neural codes: Firing rates and beyond

Computational neuroscience has contributed significantly to our understanding of higher brain function by combining experimental neurobiology, psychophysics, modeling, and mathematical analysis. This article reviews recent advances in a key area: neural coding and information processing. It is shown that synapses are capable of supporting computations based on highly structured temporal codes. Such codes could provide a substrate for unambiguous representations of complex stimuli and be used to solve difficult cognitive tasks, such as the binding problem. Unsupervised learning rules could generate the circuitry required for precise temporal codes. Together, these results indicate that neural systems perform a rich repertoire of computations based on action potential timing.