Progressive Age-Related Changes Similar to Age-Related Macular Degeneration in a Transgenic Mouse Model

Age-related macular degeneration (AMD) is the major cause of blindness in the developed world. its pathomechanism is unknown and its late onset, complex genetics and strong environmental components have all hampered investigations. Here we demonstrate the development of an animal model for AMD that reproduces features associated with geographic atrophy, a transgenic mouse line (mcd/mcd) expressing a mutated form of cathepsin D that is enzymatically inactive thus impairing processing of phagocytosed photoreceptor outer segments in the retinal pigment epithelial (RPE) cells. Pigmentary changes indicating RPE cell atrophy and a decreased response to flash electroretinograms were observed in 11- to 12-month-old mcd/mcd mice. Histological studies showed RPE cell proliferation, photoreceptor degeneration, shortening of photoreceptor outer segments, and accumulation of immunoreactive photoreceptor breakdown products in the RPE cells. An accelerated photoreceptor cell death was detected in 12-month-old mcd/mcd mice. Transmission electron microscopy demonstrated presence of basal laminar and linear deposits that are considered to be the hallmarks of AMD. Small hard drusen associated with human age-related maculopathy were absent in the mcd/mcd mouse model at the ages analyzed. in summary, this model presents several features of AMD, thus providing a valuable tool for investigating the underlying biological processes and pathomechanism of AMD.

Model-based clustering in gene expression microarrays: An application to breast cancer data

In microarray studies, the application of clustering techniques is often used to derive meaningful insights into the data. In the past, hierarchical methods have been the primary clustering tool employed to perform this task. The hierarchical algorithms have been mainly applied heuristically to these cluster analysis problems. Further, a major limitation of these methods is their inability to determine the number of clusters. Thus there is a need for a model-based approach to these. clustering problems. To this end, McLachlan et al. [7] developed a mixture model-based algorithm (EMMIX-GENE) for the clustering of tissue samples. To further investigate the EMMIX-GENE procedure as a model-based -approach, we present a case study involving the application of EMMIX-GENE to the breast cancer data as studied recently in van 't Veer et al. [10]. Our analysis considers the problem of clustering the tissue samples on the basis of the genes which is a non-standard problem because the number of genes greatly exceed the number of tissue samples. We demonstrate how EMMIX-GENE can be useful in reducing the initial set of genes down to a more computationally manageable size. The results from this analysis also emphasise the difficulty associated with the task of separating two tissue groups on the basis of a particular subset of genes. These results also shed light on why supervised methods have such a high misallocation error rate for the breast cancer data.

Biaxial failure model for fiber reinforced concrete

Steel fiber reinforced concrete (SFRC) is widely applied in the construction industry. Numerical elastoplastic analysis of the macroscopic behavior is complex. This typically involves a piecewise linear failure curve including corner singularities. This paper presents a single smooth biaxial failure curve for SFRC based on a semianalytical approximation. Convexity of the proposed model is guaranteed so that numerical problems are avoided. The model has sufficient flexibility to closely match experimental results. The failure curve is also suitable for modeling plain concrete under biaxial loading. Since this model is capable of simulating the failure states in all stress regimes with a single envelope, the elastoplastic formulation is very concise and simple. The finite element implementation is developed to demonstrate the conciseness and the effectiveness of the model. The computed results display good agreement with published experimental data.

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

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

Modelos de resposta à interação entre fármacos anestésicos : análise de regressão e análise de Clusters

Os avanços tecnológicos e científicos, na área da saúde, têm vindo a aliar áreas como a Medicina e a Matemática, cabendo à ciência adequar de forma mais eficaz os meios de investigação, diagnóstico, monitorização e terapêutica. Os métodos desenvolvidos e os estudos apresentados nesta dissertação resultam da necessidade de encontrar respostas e soluções para os diferentes desafios identificados na área da anestesia. A índole destes problemas conduz, necessariamente, à aplicação, adaptação e conjugação de diferentes métodos e modelos das diversas áreas da matemática. A capacidade para induzir a anestesia em pacientes, de forma segura e confiável, conduz a uma enorme variedade de situações que devem ser levadas em conta, exigindo, por isso, intensivos estudos. Assim, métodos e modelos de previsão, que permitam uma melhor personalização da dosagem a administrar ao paciente e por monitorizar, o efeito induzido pela administração de cada fármaco, com sinais mais fiáveis, são fundamentais para a investigação e progresso neste campo. Neste contexto, com o objetivo de clarificar a utilização em estudos na área da anestesia de um ajustado tratamento estatístico, proponho-me abordar diferentes análises estatísticas para desenvolver um modelo de previsão sobre a resposta cerebral a dois fármacos durante sedação. Dados obtidos de voluntários serão utilizados para estudar a interação farmacodinâmica entre dois fármacos anestésicos. Numa primeira fase são explorados modelos de regressão lineares que permitam modelar o efeito dos fármacos no sinal cerebral BIS (índice bispectral do EEG – indicador da profundidade de anestesia); ou seja estimar o efeito que as concentrações de fármacos têm na depressão do eletroencefalograma (avaliada pelo BIS). Na segunda fase deste trabalho, pretende-se a identificação de diferentes interações com Análise de Clusters bem como a validação do respetivo modelo com Análise Discriminante, identificando grupos homogéneos na amostra obtida através das técnicas de agrupamento. O número de grupos existentes na amostra foi, numa fase exploratória, obtido pelas técnicas de agrupamento hierárquicas, e a caracterização dos grupos identificados foi obtida pelas técnicas de agrupamento k-means. A reprodutibilidade dos modelos de agrupamento obtidos foi testada através da análise discriminante. As principais conclusões apontam que o teste de significância da equação de Regressão Linear indicou que o modelo é altamente significativo. As variáveis propofol e remifentanil influenciam significativamente o BIS e o modelo melhora com a inclusão do remifentanil. Este trabalho demonstra ainda ser possível construir um modelo que permite agrupar as concentrações dos fármacos, com base no efeito no sinal cerebral BIS, com o apoio de técnicas de agrupamento e discriminantes. Os resultados desmontram claramente a interacção farmacodinâmica dos dois fármacos, quando analisamos o Cluster 1 e o Cluster 3. Para concentrações semelhantes de propofol o efeito no BIS é claramente diferente dependendo da grandeza da concentração de remifentanil. Em suma, o estudo demostra claramente, que quando o remifentanil é administrado com o propofol (um hipnótico) o efeito deste último é potenciado, levando o sinal BIS a valores bastante baixos.

A model to forecast financial failure, in non financial galician SMES

We are concerned with providing more empirical evidence on forecast failure, developing forecast models, and examining the impact of events such as audit reports. A joint consideration of classic financial ratios and relevant external indicators leads us to build a basic prediction model focused in non-financial Galician SMEs. Explanatory variables are relevant financial indicators from the viewpoint of the financial logic and financial failure theory. The paper explores three mathematical models: discriminant analysis, Logit, and linear multivariate regression. We conclude that, even though they both offer high explanatory and predictive abilities, Logit and MDA models should be used and interpreted jointly.

Towards a complex model of cooperative learning

Este artigo é uma introdução à teoria do paradigma desconstrutivo de aprendizagem cooperativa. Centenas de estudos provam com evidências o facto de que as estruturas e os processos de aprendizagem cooperativa aumentam o desempenho académico, reforçam as competências de aprendizagem ao longo da vida e desenvolvem competências sociais, pessoais de cada aluno de uma forma mais eficaz e usta, comparativamente às estruturas tradicionais de aprendizagem nas escolas. Enfrentando os desafios dos nossos sistemas educativos, seria interessante elaborar o quadro teórico do discurso da aprendizagem cooperativa, dos últimos 40 anos, a partir de um aspeto prático dentro do contexto teórico e metodológico. Nas últimas décadas, o discurso cooperativo elaborou os elementos práticos e teóricos de estruturas e processos de aprendizagem cooperativa. Gostaríamos de fazer um resumo desses elementos com o objetivo de compreender que tipo de mudanças estruturais podem fazer diferenças reais na prática de ensino e aprendizagem. Os princípios básicos de estruturas cooperativas, os papéis de cooperação e as atitudes cooperativas são os principais elementos que podemos brevemente descrever aqui, de modo a criar um quadro para a compreensão teórica e prática de como podemos sugerir os elementos de aprendizagem cooperativa na nossa prática em sala de aula. Na minha perspetiva, esta complexa teoria da aprendizagem cooperativa pode ser entendida como um paradigma desconstrutivo que fornece algumas respostas pragmáticas para as questões da nossa prática educativa quotidiana, a partir do nível da sala de aula para o nível de sistema educativo, com foco na destruição de estruturas hierárquicas e antidemocráticas de aprendizagem e, criando, ao mesmo tempo, as estruturas cooperativas.

Estudo empírico da caracterização da selecção de fornecedores

O problema de selecção de fornecedores/parceiros é uma parte integrante e importante nas empresas que se propõem a um desempenho competitivo e lucrativo na sua área de actividade. A escolha do melhor fornecedor/parceiro passa na maior parte da vezes por fazer uma análise cuidada dos factores que podem influenciar positiva ou negativamente essa escolha. Desde cedo este problema tem vindo a ser alvo de inúmeros estudos, estudos esses que se focam essencialmente nos critérios a considerar e nas metodologias a adoptar para optimizar a escolha dos parceiros. De entre os vários estudos efectuados, muitos são os que consideram como critérios chave o custo do produto, a qualidade, a entrega e a reputação da empresa fornecedora. Ainda assim, há muitos outros que são referidos e que na sua maioria se apresentam como subcritérios. No âmbito deste trabalho, foram identificados cinco grandes critérios, Qualidade, Sistema Financeiro, Sinergias, Custo e Sistema Produtivo. Dentro desses critérios, sentiu-se a necessidade de incluir alguns subcritérios pelo que, cada um dos critérios chave apresenta cinco subcritérios. Identificados os critérios, foi necessário perceber de que forma são aplicados e que modelos são utilizados para se poder tirar o melhor partido das informações. Sabendo que existem modelos que privilegiam a programação matemática e outros que fazem uso de ponderações lineares para se identificar o melhor fornecedor, foi realizado um inquérito e contactadas empresas por forma a perceber quais os factores que mais peso tinham nas suas decisões de escolha de parceiros. Interpretados os resultados e tratados os dados foi adoptado um modelo de ponderação linear para traduzir a importância de cada um dos factores. O modelo proposto apresenta uma estrutura hierárquica e pode ser aplicado com o método AHP de Saaty ou o método de Análise de Valor. Este modelo permite escolher a ou as alternativas que melhor se adequam aos requisitos das empresas.

Nonlinear mixture model for hyperspectral unmixing

Proceedings of International Conference - SPIE 7477, Image and Signal Processing for Remote Sensing XV - 28 September 2009

Criticality of colloids with distinct interaction patches: The limits of linear chains, hyperbranched polymers, and dimers

We use a simple model of associating fluids which consists of spherical particles having a hard-core repulsion, complemented by three short-ranged attractive sites on the surface (sticky spots). Two of the spots are of type A and one is of type B; the bonding interactions between each pair of spots have strengths epsilon(AA), epsilon(BB), and epsilon(AB). The theory is applied over the whole range of bonding strengths and the results are interpreted in terms of the equilibrium cluster structures of the phases. In addition to our numerical results, we derive asymptotic expansions for the free energy in the limits for which there is no liquid-vapor critical point: linear chains (epsilon(AA)not equal 0, epsilon(AB)=epsilon(BB)=0), hyperbranched polymers (epsilon(AB)not equal 0, epsilon(AA)=epsilon(BB)=0), and dimers (epsilon(BB)not equal 0, epsilon(AA)=epsilon(AB)=0). These expansions also allow us to calculate the structure of the critical fluid by perturbing around the above limits, yielding three different types of condensation: of linear chains (AA clusters connected by a few AB or BB bonds); of hyperbranched polymers (AB clusters connected by AA bonds); or of dimers (BB clusters connected by AA bonds). Interestingly, there is no critical point when epsilon(AA) vanishes despite the fact that AA bonds alone cannot drive condensation.

Growth patterns in early childhood and the onset of menarche before age twelve

OBJECTIVE: To examine the relationship between growth patterns in early childhood and the onset of menarche before age 12. METHODS: The study included 2,083 women from a birth cohort study conducted in the city of Pelotas, Southern Brazil, starting in 1982. Anthropometric, behavioral, and pregnancy-related variables were collected through home interviews. Statistical analyses were performed using Pearson's chi-square and chi-square test for linear trends. A multivariable analysis was carried out using Poisson regression based on a hierarchical model. RESULTS: Mean age of menarche was 12.4 years old and the prevalence of menarche before age 12 was 24.3%. Higher weight-for-age, height-for-age, and weight-for-height z-scores at 19.4 and 43.1 months of age were associated with linear tendencies of increased prevalence and relative risks of the onset of menarche before age 12. Girls who experienced rapid growth in weight-for-age z-score from birth to 19.4 months of age and in weight-for-age or height-for-age z-scores from 19.4 to 43.1 months of age also showed higher risk of menarche before age 12. Higher risk was seen when rapid growth in weight-for-age z-score was seen during these age intervals and the highest risk was found among those in the first tertile of Williams' curve at birth. Rapid growth in weight-for-height z-score was not associated with menarche before age 12. CONCLUSIONS: Menarche is affected by nutritional status and growth patterns during early childhood. Preventing overweight and obesity during early childhood and keeping a "normal" growth pattern seem crucial for the prevention of health conditions during adulthood.

Economic, environmental and mixed objective functions in non-linear process optimization using simulated annealing and tabu search

Screening of topologies developed by hierarchical heuristic procedures can be carried out by comparing their optimal performance. In this work we will be exploiting mono-objective process optimization using two algorithms, simulated annealing and tabu search, and four different objective functions: two of the net present value type, one of them including environmental costs and two of the global potential impact type. The hydrodealkylation of toluene to produce benzene was used as case study, considering five topologies with different complexities mainly obtained by including or not liquid recycling and heat integration. The performance of the algorithms together with the objective functions was observed, analyzed and discussed from various perspectives: average deviation of results for each algorithm, capacity for producing high purity product, screening of topologies, objective functions robustness in screening of topologies, trade-offs between economic and environmental type objective functions and variability of optimum solutions.

Memória de longo prazo nos retornos acionistas dos índices de referência da euronext, implicações para a hipótese de mercados eficientes e contributo fractal para aperfeiçoamento do capital asset pricing model

Não existe uma definição única de processo de memória de longo prazo. Esse processo é geralmente definido como uma série que possui um correlograma decaindo lentamente ou um espectro infinito de frequência zero. Também se refere que uma série com tal propriedade é caracterizada pela dependência a longo prazo e por não periódicos ciclos longos, ou que essa característica descreve a estrutura de correlação de uma série de longos desfasamentos ou que é convencionalmente expressa em termos do declínio da lei-potência da função auto-covariância. O interesse crescente da investigação internacional no aprofundamento do tema é justificado pela procura de um melhor entendimento da natureza dinâmica das séries temporais dos preços dos ativos financeiros. Em primeiro lugar, a falta de consistência entre os resultados reclama novos estudos e a utilização de várias metodologias complementares. Em segundo lugar, a confirmação de processos de memória longa tem implicações relevantes ao nível da (1) modelação teórica e econométrica (i.e., dos modelos martingale de preços e das regras técnicas de negociação), (2) dos testes estatísticos aos modelos de equilíbrio e avaliação, (3) das decisões ótimas de consumo / poupança e de portefólio e (4) da medição de eficiência e racionalidade. Em terceiro lugar, ainda permanecem questões científicas empíricas sobre a identificação do modelo geral teórico de mercado mais adequado para modelar a difusão das séries. Em quarto lugar, aos reguladores e gestores de risco importa saber se existem mercados persistentes e, por isso, ineficientes, que, portanto, possam produzir retornos anormais. O objetivo do trabalho de investigação da dissertação é duplo. Por um lado, pretende proporcionar conhecimento adicional para o debate da memória de longo prazo, debruçando-se sobre o comportamento das séries diárias de retornos dos principais índices acionistas da EURONEXT. Por outro lado, pretende contribuir para o aperfeiçoamento do capital asset pricing model CAPM, considerando uma medida de risco alternativa capaz de ultrapassar os constrangimentos da hipótese de mercado eficiente EMH na presença de séries financeiras com processos sem incrementos independentes e identicamente distribuídos (i.i.d.). O estudo empírico indica a possibilidade de utilização alternativa das obrigações do tesouro (OT’s) com maturidade de longo prazo no cálculo dos retornos do mercado, dado que o seu comportamento nos mercados de dívida soberana reflete a confiança dos investidores nas condições financeiras dos Estados e mede a forma como avaliam as respetiva economias com base no desempenho da generalidade dos seus ativos. Embora o modelo de difusão de preços definido pelo movimento Browniano geométrico gBm alegue proporcionar um bom ajustamento das séries temporais financeiras, os seus pressupostos de normalidade, estacionariedade e independência das inovações residuais são adulterados pelos dados empíricos analisados. Por isso, na procura de evidências sobre a propriedade de memória longa nos mercados recorre-se à rescaled-range analysis R/S e à detrended fluctuation analysis DFA, sob abordagem do movimento Browniano fracionário fBm, para estimar o expoente Hurst H em relação às séries de dados completas e para calcular o expoente Hurst “local” H t em janelas móveis. Complementarmente, são realizados testes estatísticos de hipóteses através do rescaled-range tests R/S , do modified rescaled-range test M - R/S e do fractional differencing test GPH. Em termos de uma conclusão única a partir de todos os métodos sobre a natureza da dependência para o mercado acionista em geral, os resultados empíricos são inconclusivos. Isso quer dizer que o grau de memória de longo prazo e, assim, qualquer classificação, depende de cada mercado particular. No entanto, os resultados gerais maioritariamente positivos suportam a presença de memória longa, sob a forma de persistência, nos retornos acionistas da Bélgica, Holanda e Portugal. Isto sugere que estes mercados estão mais sujeitos a maior previsibilidade (“efeito José”), mas também a tendências que podem ser inesperadamente interrompidas por descontinuidades (“efeito Noé”), e, por isso, tendem a ser mais arriscados para negociar. Apesar da evidência de dinâmica fractal ter suporte estatístico fraco, em sintonia com a maior parte dos estudos internacionais, refuta a hipótese de passeio aleatório com incrementos i.i.d., que é a base da EMH na sua forma fraca. Atendendo a isso, propõem-se contributos para aperfeiçoamento do CAPM, através da proposta de uma nova fractal capital market line FCML e de uma nova fractal security market line FSML. A nova proposta sugere que o elemento de risco (para o mercado e para um ativo) seja dado pelo expoente H de Hurst para desfasamentos de longo prazo dos retornos acionistas. O expoente H mede o grau de memória de longo prazo nos índices acionistas, quer quando as séries de retornos seguem um processo i.i.d. não correlacionado, descrito pelo gBm(em que H = 0,5 , confirmando- se a EMH e adequando-se o CAPM), quer quando seguem um processo com dependência estatística, descrito pelo fBm(em que H é diferente de 0,5, rejeitando-se a EMH e desadequando-se o CAPM). A vantagem da FCML e da FSML é que a medida de memória de longo prazo, definida por H, é a referência adequada para traduzir o risco em modelos que possam ser aplicados a séries de dados que sigam processos i.i.d. e processos com dependência não linear. Então, estas formulações contemplam a EMH como um caso particular possível.

Principal components and generalized linear modeling in the correlation between hospital admissions and air pollution

OBJECTIVE To analyze the association between concentrations of air pollutants and admissions for respiratory causes in children. METHODS Ecological time series study. Daily figures for hospital admissions of children aged < 6, and daily concentrations of air pollutants (PM10, SO2, NO2, O3 and CO) were analyzed in the Região da Grande Vitória, ES, Southeastern Brazil, from January 2005 to December 2010. For statistical analysis, two techniques were combined: Poisson regression with generalized additive models and principal model component analysis. Those analysis techniques complemented each other and provided more significant estimates in the estimation of relative risk. The models were adjusted for temporal trend, seasonality, day of the week, meteorological factors and autocorrelation. In the final adjustment of the model, it was necessary to include models of the Autoregressive Moving Average Models (p, q) type in the residuals in order to eliminate the autocorrelation structures present in the components. RESULTS For every 10:49 μg/m3 increase (interquartile range) in levels of the pollutant PM10 there was a 3.0% increase in the relative risk estimated using the generalized additive model analysis of main components-seasonal autoregressive – while in the usual generalized additive model, the estimate was 2.0%. CONCLUSIONS Compared to the usual generalized additive model, in general, the proposed aspect of generalized additive model − principal component analysis, showed better results in estimating relative risk and quality of fit.

Linear and sliding-mode control design for matrix converter-based unified power flow controllers

This paper presents the design and compares the performance of linear, decoupled and direct power controllers (DPC) for three-phase matrix converters operating as unified power flow controllers (UPFC). A simplified steady-state model of the matrix converter-based UPFC fitted with a modified Venturini high-frequency pulse width modulator is first used to design the linear controllers for the transmission line active (P) and reactive (Q) powers. In order to minimize the resulting cross coupling between P and Q power controllers, decoupled linear controllers (DLC) are synthesized using inverse dynamics linearization. DPC are then developed using sliding-mode control techniques, in order to guarantee both robustness and decoupled control. The designed P and Q power controllers are compared using simulations and experimental results. Linear controllers show acceptable steady-state behaviour but still exhibit coupling between P and Q powers in transient operation. DLC are free from cross coupling but are parameter sensitive. Results obtained by DPC show decoupled power control with zero error tracking and faster responses with no overshoot and no steady-state error. All the designed controllers were implemented using the same digital signal processing hardware.