Quantum dynamical characterization of unimolecular resonances

We give a selective review of quantum mechanical methods for calculating and characterizing resonances in small molecular systems, with an emphasis on recent progress in Chebyshev and Lanczos iterative methods. Two archetypal molecular systems are discussed: isolated resonances in HCO, which exhibit regular mode and state specificity, and overlapping resonances in strongly bound HO2, which exhibit irregular and chaotic behavior. Future directions in this field are also discussed.

Fast, scalable master equation solution algorithms. IV. Lanczos iteration with diffusion approximation preconditioned iterative inversion

In this paper we propose a second linearly scalable method for solving large master equations arising in the context of gas-phase reactive systems. The new method is based on the well-known shift-invert Lanczos iteration using the GMRES iteration preconditioned using the diffusion approximation to the master equation to provide the inverse of the master equation matrix. In this way we avoid the cubic scaling of traditional master equation solution methods while maintaining the speed of a partial spectral decomposition. The method is tested using a master equation modeling the formation of propargyl from the reaction of singlet methylene with acetylene, proceeding through long-lived isomerizing intermediates. (C) 2003 American Institute of Physics.

Calculation of bound and resonance states of HO2 for nonzero total angular momentum

Bound and resonance states of HO2 have been calculated quantum mechanically by the Lanczos homogeneous filter diagonalization method [Zhang and Smith, Phys. Chem. Chem. Phys. 3, 2282 (2001); J. Chem. Phys. 115, 5751 (2001)] for nonzero total angular momentum J = 1,2,3. For lower bound states, agreement between the results in this paper and previous work is quite satisfactory; while for high lying bound states and resonances these are the first reported results. A helicity quantum number V assignment (within the helicity conserving approximation) is performed and the results indicate that for lower bound states it is possible to assign the V quantum numbers unambiguously, but for resonances it is impossible to assign the V helicity quantum numbers due to strong mixing. In fact, for the high-lying bound states, the mixing has already appeared. These results indicate that the helicity conserving approximation is not good for the resonance state calculations and exact quantum calculations are needed to accurately describe the reaction dynamics for HO2 system. Analysis of the resonance widths shows that most of the resonances are overlapping and the interferences between them lead to large fluctuations from one resonance to another. In accord with the conclusions from earlier J = 0 calculations, this indicates that the dissociation of HO2 is essentially irregular. (C) 2003 American Institute of Physics.

Genetic disruption of the growth hormone receptor does not influence motoneuron survival in the developing mouse

In the rodent central nervous system (CNS) during the five days prior to birth, both growth hormone (GH) and its receptor (GHR) undergo transient increases in expression to levels considerably higher than those found postnatally. This increase in expression coincides with the period of neuronal programmed cell death (PCD) in the developing CNS. To evaluate the involvement of growth hormone in the process of PCD, we have quantified the number of motoneurons in the spinal cord and brain stem of wild type and littermate GHR-deficient mice at the beginning and end of the neuronal PCD period. We found no change in motoneuron survival in either the brachial or lumbar lateral motor columns of the spinal cord or in the trochlear, trigeminal, facial or hypoglossal nuclei in the brain stem. We also found no significant differences in spinal cord volume, muscle fiber diameter, or body weight of GHR-deficient fetal mice when compared to their littermate controls. Therefore, despite considerable in vitro evidence for GH action on neurons and glia, genetic disruption of GHR signalling has no effect on prenatal motoneuron number in the mouse, under normal physiological conditions. This may be a result of compensation by the signalling of other neurotrophic cytokines.

Winding patterns for actively shielded shim coils with asymmetric target-fields

A method is presented for calculating the currents and winding patterns required to design independent zonal and tesseral shim coils for magnetic resonance imaging. Both actively shielded and unshielded configurations are considered, and the region of interest can be located asymmetrically with respect to the coil's length. Streamline, target-field and Fourier-series methods are utilized. The desired target-field is specified at two cylindrical radii, on and inside a circular conducting cylinder of length 2L and radius a. The specification is over some asymmetric portion pL < z < qL of the coil's length (-1 < p < q < 1). Arbitrary functions are used in the outer sections, -L < z < pL and qL < z < L, to ensure continuity of the magnetic field across the entire length of the coil. The entire field is then periodically extended as a half-range cosine Fourier series about either end of the coil. The resultant Fourier coefficients are then substituted into the Fourier-series expressions for the internal and external magnetic fields, and current densities and stream functions on both the primary coil and shield. A contour plot of the stream function directly gives the required coil winding patterns. Spherical harmonic analysis and shielding analysis on field calculations from a ZX shim coil indicate that example designs and theory are well matched.

On the induced electric field gradients in the human body for magnetic stimulation by gradient coils in MRI

Prior theoretical studies indicate that the negative spatial derivative of the electric field induced by magnetic stimulation may he one of the main factors contributing to depolarization of the nerve fiber. This paper studies this parameter for peripheral nerve stimulation (PNS) induced by time.-varying gradient fields during MRI scans. The numerical calculations are based on an efficient, quasi-static, finite-difference scheme and an anatomically realistic human, full-body model. Whole-body cylindrical and planar gradient sets in MRI systems and various input signals have been explored. The spatial distributions of the induced electric field and their gradients are calculated and attempts are made to correlate these areas with reported experimental stimulation data. The induced electrical field pattern is similar for both the planar coils and cylindrical coils. This study provides some insight into the spatial characteristics of the induced field gradients for PNS in MRI, which may be used to further evaluate the sites where magnetic stimulation is likely to occur and to optimize gradient coil design.

Calculation of electric fields induced by body and head motion in high-field MRI

In modern magnetic resonance imaging (MRI), patients are exposed to strong, nonuniform static magnetic fields outside the central imaging region, in which the movement of the body may be able to induce electric currents in tissues which could be possibly harmful. This paper presents theoretical investigations into the spatial distribution of induced electric fields and currents in the patient when moving into the MRI scanner and also for head motion at various positions in the magnet. The numerical calculations are based on an efficient, quasi-static, finite-difference scheme and an anatomically realistic, full-body, male model. 3D field profiles from an actively shielded 4T magnet system are used and the body model projected through the field profile with a range of velocities. The simulation shows that it possible to induce electric fields/currents near the level of physiological significance under some circumstances and provides insight into the spatial characteristics of the induced fields. The results are extrapolated to very high field strengths and tabulated data shows the expected induced currents and fields with both movement velocity and field strength. (C) 2003 Elsevier Science (USA). All rights reserved.

Influence of magnetically-induced E-fields on cardiac electric activity during MRI: A modeling study

In modern magnetic resonance imaging (MRI), patients are exposed to strong, time-varying gradient magnetic fields that may be able to induce electric fields (E-fields)/currents in tissues approaching the level of physiological significance. In this work we present theoretical investigations into induced E-fields in the thorax, and evaluate their potential influence on cardiac electric activity under the assumption that the sites of maximum E-field correspond to the myocardial stimulation threshold (an abnormal circumstance). Whole-body cylindrical and planar gradient coils were included in the model. The calculations of the induced fields are based on an efficient, quasi-static, finite-difference scheme and an anatomically realistic, whole-body model. The potential for cardiac stimulation was evaluated using an electrical model of the heart. Twelve-lead electrocardiogram (ECG) signals were simulated and inspected for arrhythmias caused by the applied fields for both healthy and diseased hearts. The simulations show that the shape of the thorax and the conductive paths significantly influence induced E-fields. In healthy patients, these fields are not sufficient to elicit serious arrhythmias with the use of contemporary gradient sets. However, raising the strength and number of repeated switching episodes of gradients, as is certainly possible in local chest gradient sets, could expose patients to increased risk. For patients with cardiac disease, the risk factors are elevated. By the use of this model, the sensitivity of cardiac pathologies, such as abnormal conductive pathways, to the induced fields generated by an MRI sequence can be investigated. (C) 2003 Wiley-Liss, Inc.

A comparison of two methods for the calculation of accumulated oxygen deficit

The aim of this study was to compare accumulated oxygen deficit data derived using two different exercise protocols with the aim of producing a less time-consuming test specifically for use with athletes. Six road and four track male endurance cyclists performed two series of cycle ergometer tests. The first series involved five 10 min sub-maximal cycle exercise bouts, a (V) over dotO(2peak) test and a 115% (V) over dotO(2peak) test. Data from these tests were used to estimate the accumulated oxygen deficit according to the calculations of Medbo et al. (1988). In the second series of tests, participants performed a 15 min incremental cycle ergometer test followed, 2 min later, by a 2 min variable resistance test in which they completed as much work as possible while pedalling at a constant rate. Analysis revealed that the accumulated oxygen deficit calculated from the first series of tests was higher (P< 0.02) than that calculated from the second series: 52.3 +/- 11.7 and 43.9 +/- 6.4 ml . kg(-1), respectively (mean +/- s). Other significant differences between the two protocols were observed for (V) over dot O-2peak, total work and maximal heart rate; all were higher during the modified protocol (P

N-aminopyrroledione-hydrazonoketene-pyrazolium oxide-pyrazolone rearrangements and pyrazolone tautomerism

Flash vacuum thermolysis (FVT) of 1-(dimethylamino)pyrrole-2,3-diones 5 causes extrusion of CO with formation of transient hydrazonoketenes 7. The transient ketenes 7 are observable in the form of weak bands at 2130 (7a) or 2115 cm(-1) (7b) in the Ar matrix IR spectra resulting from either FVT or photolysis of either 5 or 1,1- dimethylpyrazolium-5- oxides 8, and these absorptions are in excellent agreement with B3LYP/6-31G* frequency calculations. Under FVT conditions the ketenes 7 cyclize to pyrazolium oxides 8, which undergo 1,4-migration of a methyl group to yield 1,4-dimethyl-3-phenylpyrazole-5(4H)-one 9a and 1,4,4-trimethyl-3-phenylpyrazole-5(4H)-one 9b. All three tautomers of 9a have been characterized, viz. the CH form 9a (most stable form in the gas phase, the solid state and solvents of low polarity), the OH form 9a' (metastable solid at room temperature) and the NH form 9a (stable in aprotic dipolar solvents). The isomeric 1,4-dimethyl-5-phenylpyrazole-3(2H)-one 12 tautomerizes to the 3-hydroxypyrazole 12'. The crystal structure of the hydrochloride 14 of 9a'/9a is reported, representing the first structurally characterised example of a protonated 5-hydroxypyrazole.

An optical flow-based sensing system for reactive mobile robot navigation

This work discusses the use of optical flow to generate the sensorial information a mobile robot needs to react to the presence of obstacles when navigating in a non-structured environment. A sensing system based on optical flow and time-to-collision calculation is here proposed and experimented, which accomplishes two important paradigms. The first one is that all computations are performed onboard the robot, in spite of the limited computational capability available. The second one is that the algorithms for optical flow and time-to-collision calculations are fast enough to give the mobile robot the capability of reacting to any environmental change in real-time. Results of real experiments in which the sensing system here proposed is used as the only source of sensorial data to guide a mobile robot to avoid obstacles while wandering around are presented, and the analysis of such results allows validating the proposed sensing system.

Metodologia para obtenção do hidrograma de escoamento superficial em encostas e canais. Parte I: desenvolvimento e avaliação

Desenvolveu-se uma metodologia que permite obter o hidrograma de escoamento superficial e a vazão máxima para qualquer posição ao longo de uma encosta e para seções transversais de canais utilizando o modelo de ondas cinemáticas. A área da encosta é dividida num sistema matricial composto por 100 linhas e 100 colunas. Na encosta, considera-se que o escoamento ocorre na direção da declividade e que a vazão de cada pixel é a soma da vazão produzida nesse com a vazão advinda dos pixels que contribuem com o escoamento superficial para o pixel em análise. No canal, a vazão é calculada pela soma dos hidrogramas advindos das colunas do sistema reticulado. A comparação entre os valores de lâmina e vazão máxima de escoamento superficial obtidas experimentalmente e calculadas em duas condições (encosta e bacia) permitiu evidenciar que a metodologia, comparada aos métodos Racional e do Número da Curva, ofereceu boas estimativas tanto da lâmina quanto da vazão máxima de escoamento superficial.

Estratégias de cálculo mental de alunos da 5ª série/6º ano do ensino fundamental

Esta pesquisa de mestrado teve como principal objetivo investigar estratégias de cálculo mental, utilizadas por alunos de uma 5ª série/6º ano do ensino fundamental ao resolver cálculos de adição e subtração. Para atingir este objetivo procuramos responder aos questionamentos: Quais estratégias de cálculo mental, alunos da 5ª série/6º ano empregam na resolução de cálculos de adição e subtração? Que relações existem entre o tipo de cálculo envolvido e a estratégia adotada para resolvê-lo? Para respondermos a essas questões, seguimos uma metodologia de natureza qualitativa, configurada como estudo de caso do tipo etnográfico. O trabalho de campo foi desenvolvido em uma turma de 5ª série/6º ano do ensino fundamental de uma escola pública da rede estadual de ensino do município de Serra. A pesquisa aconteceu de maio a dezembro de 2013. Oito alunos resolveram uma atividade diagnóstica composta de quatro sequências de cálculos mentais, a saber, fatos fundamentais do número 5, do número 10, do número 20 e do número 100, dentre adições e subtrações próximas a esses resultados. Todos alunos participaram da etapa de entrevistas. Dos oito alunos, foram escolhidos dados de três que participaram de outras etapas da pesquisa. Os registros realizados pelos alunos na etapa de observação da turma, na etapa diagnóstica e na etapa de intervenção didática, as anotações no caderno de campo e algumas gravações em áudio serviram como fontes de coleta de dados. Utilizamos as estratégias identificadas por Beishuizen (1997), Klein e Beishuizen (1998), Thompson (1999, 2000) e Lucangeli et al. (2003), como categorias de análise. Através da análise de dados, constatamos que as escolhas das estratégias de cálculo mental pelos alunos variaram de acordo com o tipo de sequência de cálculos, a operação aritmética (adição ou subtração) e o estado emocional deles durante a atividade. Foi possível identificar o uso de duas estratégias combinadas, o algoritmo mental e estratégias de contagens nos dedos para grande parte dos cálculos. O uso do algoritmo mental mostrou-se um procedimento de grande sobrecarga mental e, em alguns cálculos de adição sem reserva, serviu apenas como apoio à visualização numérica, sendo executado pelo aluno da esquerda para a direita, semelhantemente à estratégia de decomposição numérica. Os dados deste estudo apontam para: (i) a necessidade de se trabalhar fatos numéricos fundamentais de adição e subtração via cálculo mental de maneira sistemática em sala de aula; (ii) a necessidade de se ensinar estratégias autênticas de cálculo mental para que os alunos não se tornem dependentes de estratégias como contagens e algoritmo mental, que são mais difíceis de serem executadas com êxito; (iii) a importância de entrevistar, individualmente, os alunos a fim de compreender e avaliar o desenvolvimento destes em tarefas de cálculo mental.

Dimensionamento ótimo de pilares de concreto armado

A área da engenharia responsável pelo dimensionamento de estruturas vive em busca da solução que melhor atenderá a vários parâmetros simultâneos como estética, custo, qualidade, peso entre outros. Na prática, não se pode afirmar que o melhor projeto foi de fato executado, pois os projetos são feitos principalmente baseados na experiência do executor, sem se esgotar todas as hipóteses possíveis. É neste sentido que os processos de otimização se fazem necessários na área de dimensionamento de estruturas. É possível obter a partir de um objetivo dado, como o custo, o dimensionamento que melhor atenderá a este parâmetro. Existem alguns estudos nesta área, porém ainda é necessário mais pesquisas. Uma área que vem avançando no estudo de otimização estrutural é o dimensionamento de pilares de acordo com a ABNT NBR 6118:2014 que atenda a uma gama maior de geometrias possíveis. Deve-se também estudar o melhor método de otimização para este tipo de problema dentro dos vários existentes na atualidade. Assim o presente trabalho contempla o embasamento conceitual nos temas de dimensionamento de pilares e métodos de otimização na revisão bibliográfica indicando as referências e métodos utilizados no software de dimensionamento otimizado de pilares, programado com auxílio do software MathLab e seus pacotes, utilizando métodos determinísticos de otimização. Esta pesquisa foi realizada para obtenção do Título de Mestre em Engenharia Civil na Universidade Federal do Espírito Santo.

Análise Imuno-histoquímica de hipóxia renal em modelo de isquemia/reperfusão tratado com Fator Estimulador de Colônia de Granulócitos

O rim demonstra uma capacidade singular em reparar-se após danos locais, no entanto, depois de acometido, as chances de desenvolvimento de lesões renais elevam-se. A patofisiologia da isquemia/reperfusão (IR) é complexa porque há ocorrência simultânea de danos celulares e inflamação. O decréscimo na quantidade de oxigênio requer um sistema capaz de evitar seus efeitos prejudiciais e uma maquinaria molecular HIF (Hypoxia Inducible Factor), um complexo, atua como fator de transcrição de diversos genes desde os da regulação da proliferação celular e apoptose até a sinalização para angiogênese. O Fator Estimulador de Colônia de Granulócitos (G-CSF) é uma glicoproteína conhecida pela sua capacidade de promover a sobrevivência, proliferação e diferenciação de células estimulando a recuperação aos efeitos advindos da IR. Com o intuito de observar as influências dessas proteínas foi realizada uma análise semi-quantitativa de amostras renais submetidas ou não à IR, usando-se descrições microscópicas morfológicas e imunohistoquímicas, com os cálculos e gráficos estatísticos foram feitos no software GraphPad Prism®. Das análises morfológicas, constatou-se que as lesões características de IR foram observadas em espécimes não tratados: bolhas em epitélio tubular; vacuolização citoplasmática, distalização tubular e congestão luminal. De forma análoga, foi encontrada nos tratados, contudo em estágios menos avançados e em animais controle, não foi houve esta diferença tissular. As análises de microscopia eletrônica demonstraram alteração na barreira filtrante com concomitante perda de outras características glomerulares. Aos animais controle foi observada a arquitetura típica, ao passo que para os animais tratados notou-se conservação da barreira. A presença de HIF-1α nos rins contralaterais demonstrouse significante quando comparadas às amostras isquêmicas e tratadas (p<0,05). Já a ocorrência da mesma proteína em rins isquêmicos não apresentou qualquer diferença. Analisando-se a proteína VEGF foi comprovado que em rins contralaterais não há diferença estatística, contudo nos rins esquerdos há significância entre os três grupos (p<0,05). Já a correlação entre estas duas proteínas não se mostrou estatisticamente significante. Em relação às atividades de proliferação e morte celulares, todos os três grupos foram significantes entre si (p<0,05). Ao que concerne o tratamento, foi demonstrada a atividade protetora do medicamento e uma possível interação molecular com a HIF, enquanto que a ativação desta proteína corrobora sua rota metabólica já previamente descrita.