A Comparison of Machine Learning Techniques for Modeling River Flow Time Series: The Case of Upper Cauvery River Basin

Models of river flow time series are essential in efficient management of a river basin. It helps policy makers in developing efficient water utilization strategies to maximize the utility of scarce water resource. Time series analysis has been used extensively for modeling river flow data. The use of machine learning techniques such as support-vector regression and neural network models is gaining increasing popularity. In this paper we compare the performance of these techniques by applying it to a long-term time-series data of the inflows into the Krishnaraja Sagar reservoir (KRS) from three tributaries of the river Cauvery. In this study flow data over a period of 30 years from three different observation points established in upper Cauvery river sub-basin is analyzed to estimate their contribution to KRS. Specifically, ANN model uses a multi-layer feed forward network trained with a back-propagation algorithm and support vector regression with epsilon intensive-loss function is used. Auto-regressive moving average models are also applied to the same data. The performance of different techniques is compared using performance metrics such as root mean squared error (RMSE), correlation, normalized root mean squared error (NRMSE) and Nash-Sutcliffe Efficiency (NSE).

Making risk minimization tolerant to label noise

In many applications, the training data, from which one needs to learn a classifier, is corrupted with label noise. Many standard algorithms such as SVM perform poorly in the presence of label noise. In this paper we investigate the robustness of risk minimization to label noise. We prove a sufficient condition on a loss function for the risk minimization under that loss to be tolerant to uniform label noise. We show that the 0-1 loss, sigmoid loss, ramp loss and probit loss satisfy this condition though none of the standard convex loss functions satisfy it. We also prove that, by choosing a sufficiently large value of a parameter in the loss function, the sigmoid loss, ramp loss and probit loss can be made tolerant to nonuniform label noise also if we can assume the classes to be separable under noise-free data distribution. Through extensive empirical studies, we show that risk minimization under the 0-1 loss, the sigmoid loss and the ramp loss has much better robustness to label noise when compared to the SVM algorithm. (C) 2015 Elsevier B.V. All rights reserved.

Autorregresive conditional volatility, skewness and kurtosis

This paper proposes a GARCH-type model allowing for time-varying volatility, skewness and kurtosis. The model is estimated assuming a Gram-Charlier series expansion of the normal density function for the error term, which is easier to estimate than the non-central t distribution proposed by Harvey and Siddique (1999). Moreover, this approach accounts for time-varying skewness and kurtosis while the approach by Harvey and Siddique (1999) only accounts for nonnormal skewness. We apply this method to daily returns of a variety of stock indices and exchange rates. Our results indicate a significant presence of conditional skewness and kurtosis. It is also found that specifications allowing for time-varying skewness and kurtosis outperform specifications with constant third and fourth moments.

Excreção urinária de glicosaminoglicanos em crianças com bexiga neurogênica secundária a mielomeningocele

A excreção urinária de glicosaminoglicanos (GAG) está alterada em várias patologias do trato urinário; o padrão de excreção pode estar associado com o estado da doença. A excreção urinária de GAG em crianças com bexiga neurogênica (BN) secundária a mielomeningocele (MMC) pode também estar alterada, mas até a presente data não há detalhamento epidemiológico dos pacientes e não se correlacionou o padrão de excreção com grau de disfunção vesical. Analisamos a excreção urinária de um grupo bem definido de crianças com MMC e correlacionamos os resultados com escore cistométrico. As amostras de urina de 17 pacientes com MMC, 10 meninos e 7 meninas (média de idade DP de 4,6 2,9 anos) foram obtidas durante o exame cistométrico. As amostras do grupo controle foram obtidas de 18 crianças normais, 13 meninos e 5 meninas (6,9 2,2 anos). Todas as crianças não estavam com infecção urinária, tinham função renal normal e não estavam sob tratamento farmacológico. A quantificação do GAG urinário total foi expressa em μg de ácido hexurônico / mg de creatinina e a proporção dos diferentes tipos de GAGs sulfatados foi obtida por eletroforese em gel de agarose. A avaliação cistométrica foi realizada utilizando aparelho de urodinâmica Dynapack modelo MPX816 (Dynamed, São Paulo, Brasil), a partir da qual o escore cistométrico foi calculado de acordo com procedimento recente publicado. [14]. Não observamos diferença significativa na excreção urinária de GAG total entre meninos e meninas tanto no grupo com MMC ( 0,913 0,528 vs 0,867 0,434, p>0,05) como no grupo controle (0,546 0,240 vs 0,699 0,296, p>0,05). Os resultados mostraram também que a excreção de GAG urinário não se correlacionou com a idade tanto no grupo com MMC ( r = -0,28, p> 0,05) como no grupo controle (r = -0,40, p> 0,05). Entretanto, a comparação dos dois grupos mostrou que o grupo com MMC excretava 52% a mais de GAG total que o grupo controle (0,894 0,477 vs 0,588 0,257, p <0,04). Nesses pacientes a excreção de GAG total não se correlacionou com a complacência vesical isoladamente (r = -0,18, p> 0,05) mas foi significativa e negativamente correlacionada ao escore cistométrico (r= -0,56, p<0,05). Em média, os pacientes com piores escores (<9) excretaram 81% a mais de GAG que os pacientes com melhor escore (>9) (1,157 0,467 vs 0,639 0,133, p<0,04). O sulfato de condroitin foi o GAG sulfatado predominante nos grupos neurogênico e controles (92,5 7,6% vs 96,4 4,8%, respectivamente, p> 0,05), enquanto o sulfato do heparan estava presente em quantidades marcadamente menores; o dermatam sulfato não foi detectado. A excreção urinária de GAG em pacientes com MMC é significativamente maior que a excreção das crianças normais e os altos valores encontrados estão correlacionados a um maior compromentimento da função vesical. Evidências em modelos animais com MMC induzida sugerem que alterações no detrusor estão associadas a um elevado turnover da matriz extra celular (MEC) vesical, o que pode explicar a elevada excreção de GAG nos pacientes com MMC. Além disso, esses resultados indicam que a excreção urinária de GAG pode ser usada como fator adjuvante para a caracterização da disfunção vesical em pacientes com MMC.

Never-resting microglia: physiological roles in the healthy brain and pathological implications

Microglia are largely known as the major orchestrators of the brain inflammatory response. As such, they have been traditionally studied in various contexts of disease, where their activation has been assumed to induce a wide range of detrimental effects. In the last few years, a series of discoveries have challenged the current view of microglia, showing their active and positive contribution to normal brain function. This Research Topic will review the novel physiological roles of microglia in the developing, mature and aging brain, under non-pathological conditions. In particular, this Research Topic will discuss the cellular and molecular mechanisms by which microglia contribute to the formation, pruning and plasticity of synapses; the maintenance of the blood brain barrier; the regulation of adult neurogenesis and hippocampal learning; and neuronal survival, among other important roles. Because these novel findings defy our understanding of microglial function in health as much as in disease, this Research Topic will also summarize the current view of microglial nomenclature, phenotypes, origin and differentiation, sex differences, and contribution to various brain pathologies. Additionally, novel imaging approaches and molecular tools to study microglia in their non-activated state will be discussed. In conclusion, this Research Topic seeks to emphasize how the current research in neuroscience is challenged by never-resting microglia.

Correlação da resposta clínica à vardenafila em dois regimes terapêuticos com parâmetros vasculares e escore de risco cardiovascular em hipertensos com disfunção erétil vasculogênica

A disfunção erétil (DE) tem alta prevalência entre hipertensos e tem sido considerada marcador precoce de risco cardiovascular. A presença e gravidade da DE bem como a resposta clínica aos inibidores da fosfodiesterase tipo 5 (PDE5) parecem depender da biodisponibilidade do óxido nítrico (NO) endotelial e da extensão da doença aterosclerótica. O objetivo deste estudo foi avaliar a resposta clínica da vardenafila usada em dois regimes terapêuticos em hipertensos com DE vasculogênica e sem doença cardiovascular maior, correlacionando a gravidade da DE e a eficácia da vardenafila com dados antropométricos, laboratoriais, escore de risco cardiovascular e parâmetros vasculares funcionais e estruturais. A resposta clínica à vardenafila nos dois regimes foi avaliada conforme o percentual de respostas positivas à questão 3 do Perfil do Encontro Sexual (PES3). Os parâmetros vasculares considerados foram a espessura médio-intimal (EMI) da carótida comum, a dilatação mediada pelo fluxo (DMF) da artéria braquial e a dilatação nitrato-mediada (DNM). Foram incluídos 100 homens hipertensos com idade entre 50 e 70 anos, sendo 74 portadores de DE vasculogênica e 26 com função erétil normal que serviram de grupo controle. Nos pacientes com DE, o índice de massa corporal, relação cintura-quadril, EMI da carótida, níveis séricos de triglicerídeos, colesterol total e LDL foram significativamente maiores que no grupo controle. Após o uso de vardenafila on demand (fase 1), os pacientes com mais de 50% de respostas positivas ao PES3 ou 50% de respostas afirmativas e um incremento de 6 pontos ou mais em relação ao Índice Internacional de Função Erétil (IIEF-FE) basal e/ou resposta positiva a Questão de Avaliação Global (QAG), foram considerados respondedores. O escore do IIEF-FE basal se correlacionou negativamente com a EMI da carótida (r=-0,48, P<0,001) e com o escore de Framingham (r= -0,41, P<0,001) no grupo com DE. Houve forte correlação positiva entre a resposta clínica à vardenafila com a DMF (r= 0,70, P<0,001), que não se observou entre o sub-grupo de diabéticos. Os 35 pacientes considerados não-respondedores na fase 1 foram randomizados e, em desenho duplo-cego, receberam vardenafila ou placebo diariamente durante cinco semanas, podendo usar 10 mg de vardenafila uma hora antes da atividade sexual (fase2). Houve resposta clínica positiva em 38,8% dos que receberam a vardenafila na fase 2 e esta resposta se correlacionou com a frequência sexual (r= 0,68, P<0,01) e com o escore de Framingham (r= -0,65, P<0,01), com a EMI da carótida (r= -0,61, P=0,01) e com o LDL-colesterol (r= -0,64, P<0,01). A vardenafila foi bem tolerada em ambos os regimes terapêuticos. Concluímos que nessa amostra de hipertensos, a gravidade da DE foi relacionada a parâmetros vasculares estruturais (EMI), enquanto a resposta clínica à vardenafila on demand foi mais diretamente dependente da função vascular momentânea (DMF). Houve benefício na utilização de vardenafila diariamente com o objetivo de resgatar a eficácia do inibidor quanto à melhora do desempenho sexual. A falta de eficácia clínica ao inibidor da PDE5 em ambos os regimes terapêuticos pode servir como marcador clínico que identifica homens hipertensos com um risco cardiovascular aumentado.

História natural do comprimento peniano após prostatectomia radical: um estudo prospectivo de longo prazo

A prostatectomia radical (PR) é um dos procedimentos mais utilizados para o tratamento do câncer de próstata (CaP) localizado, porém apesar da maior compreensão da anatomia local e do desenvolvimento tecnológico, esta cirurgia permanece associada à elevada morbidade na esfera sexual. A redução do comprimento peniano após a PR é uma queixa freqüente na prática urológica, porém não há dados na literatura a respeito da variação deste comprimento em um longo período de acompanhamento. A determinação da história natural do comprimento peniano após PR, assim como possíveis fatores de risco ou de proteção é de fundamental importância para o aconselhamento e tratamento dos pacientes submetidos a esta cirurgia. O objetivo deste estudo é determinar a história natural do comprimento peniano após a PR em um acompanhamento de cinco anos, assim como avaliar o papel da função erétil na variação do comprimento peniano destes pacientes. Foram avaliados prospectivamente os comprimentos penianos de 105 pacientes com câncer de próstata localizado submetidos PR aberta. Participação em programas de reabilitação peniana e deformidades anatômicas do pênis foram considerados critérios de exclusão. A medição do comprimento real peniano sob máxima tração (CRTmax) foi realizada antes da PR e aos 3, 6, 12, 24, 36, 48 e 60 meses no pós-operatório. O domínio da função erétil do índice internacional de função erétil (IIEF-EF) foi utilizado para avaliar a função erétil. Houve redução média de 1 cm no CRTmax em 3 meses após a PR e essa diferença permaneceu até 24 meses (p<0,001). Após este período, a diferença reduziu gradativamente, deixando de ser estatisticamente significativa em 48 meses (-0,3 cm, p=0,080) e 60 meses (+0,4 cm, p=0,065). A função erétil foi um preditor para o retorno precoce do comprimento do pênis. Um encurtamento peniano médio de 1 cm é esperado nos primeiros 24 meses após PR. No entanto, há uma tendência para a recuperação deste comprimento após 24 meses de pós-operatório, com retorno ao comprimento original em 48 meses. A função erétil preservada após a PR é um preditor para a recuperação precoce do comprimento do pênis

Estudo de prevalência de disfunção tireoidiana em pacientes com diabetes mellitus acompanhados no ambulatório de diabetes do Hospital Universitário Pedro Ernesto

O diabetes mellitus(DM) e as disfunções tireoidianas(DT) são as duas desordens endocrinológicas mais comuns na prática clínica. A DT não reconhecida pode interferir no controle metabólico e adicionar mais risco a um cenário predisponente à doença cardiovascular. O objetivo deste estudo foi avaliar a prevalência da DT em pacientes com diabetes mellitus tipo 1 e tipo 2 (DM1 e DM2) e avaliar o risco cardiovascular em pacientes com DM2 com e sem DT utilizando parâmetros clínicos e laboratoriais. Trata-se de um estudo observacional de corte transversal. Foram avaliados 304 pacientes com DM2 e 82 pacientes com DM1. Os pacientes foram submetidos a um inquérito clínico-demográfico e avaliação laboratorial para determinação do perfil lipídico, glicídico e da função tireoidiana. Os pacientes com DM2 tiveram seus escores de risco cardiovascular em 10 anos determinados pelas equações de Framingham e do UKPDS risk engine. A frequência de disfunção tireoidiana entre os 386 pacientes foi de 14,7%, sendo de 13% nos que não possuíam disfunção prévia. A disfunção mais frequente encontrada foi de hipotireoidismo subclínico, com 13% no DM1 e de 12% no DM2. A prevalência de anticorpos anti-tireoperoxidase (TPO) positivos foi de 10,8%, sendo de14,6% em pacientes com DM1.Foram diagnosticados 44 (11,2%) novos casos de disfunção tireoidiana em pacientes que negavam ou desconheciam terem DT prévia.Destes novos casos, 12,8% em DM1 e 13,1% em DM2.Dos 49 pacientes com DT prévia, 50% dos DM1e 76% dos DM2 estavam compensados. Não foi observada diferença entre as médias do escore de risco de Framingham entre os pacientes DM2 com eutireoidismo e com hipotireoidismo subclínico. Observou-se uma associação entre o hipotireoidismo subclínico e risco cardiovascular nos pacientes com DM2 demonstrado pela diferença estatisticamente significativa entre as médias do escore UKPDS para doença coronariana não-fatal e fatal, acidente vascular cerebral fatal entre os dois grupos (p=0,007; 0,005;0,027 respectivamente). As demais funções tireodianas (hipotireoidismo clínico, hipertireoidismo clínico e subclínico) encontradas não foram analisadas devido ao pequeno número de pacientes em cada grupo.Concluímos que o rastreio da doença tireoidiana entre os pacientes com diabetes mellitus deve ser realizado rotineiramente considerando-se a prevalência de novos casos de DT diagnosticados e o fato de que os pacientes com DM2 e com hipotireoidismo subclínico avaliados possuírem um risco cardiovascular maior. Todavia, concluímos que estudos prospectivos e com maior número de pacientes são necessários para o esclarecimento do impacto da doença tireoidiana no risco cardiovascular do paciente com DM.

Motor control is decision-making.

Motor behavior may be viewed as a problem of maximizing the utility of movement outcome in the face of sensory, motor and task uncertainty. Viewed in this way, and allowing for the availability of prior knowledge in the form of a probability distribution over possible states of the world, the choice of a movement plan and strategy for motor control becomes an application of statistical decision theory. This point of view has proven successful in recent years in accounting for movement under risk, inferring the loss function used in motor tasks, and explaining motor behavior in a wide variety of circumstances.

Internal representations of temporal statistics and feedback calibrate motor-sensory interval timing.

Humans have been shown to adapt to the temporal statistics of timing tasks so as to optimize the accuracy of their responses, in agreement with the predictions of Bayesian integration. This suggests that they build an internal representation of both the experimentally imposed distribution of time intervals (the prior) and of the error (the loss function). The responses of a Bayesian ideal observer depend crucially on these internal representations, which have only been previously studied for simple distributions. To study the nature of these representations we asked subjects to reproduce time intervals drawn from underlying temporal distributions of varying complexity, from uniform to highly skewed or bimodal while also varying the error mapping that determined the performance feedback. Interval reproduction times were affected by both the distribution and feedback, in good agreement with a performance-optimizing Bayesian observer and actor model. Bayesian model comparison highlighted that subjects were integrating the provided feedback and represented the experimental distribution with a smoothed approximation. A nonparametric reconstruction of the subjective priors from the data shows that they are generally in agreement with the true distributions up to third-order moments, but with systematically heavier tails. In particular, higher-order statistical features (kurtosis, multimodality) seem much harder to acquire. Our findings suggest that humans have only minor constraints on learning lower-order statistical properties of unimodal (including peaked and skewed) distributions of time intervals under the guidance of corrective feedback, and that their behavior is well explained by Bayesian decision theory.

ℓasso MPC: Smart regulation of over-actuated systems

In this paper, a novel MPC strategy is proposed, and referred to as asso MPC. The new paradigm features an 1-regularised least squares loss function, in which the control error variance competes with the sum of input channels magnitude (or slew rate) over the whole horizon length. This cost choice is motivated by the successful development of LASSO theory in signal processing and machine learning. In the latter fields, sum-of-norms regularisation have shown a strong capability to provide robust and sparse solutions for system identification and feature selection. In this paper, a discrete-time dual-mode asso MPC is formulated, and its stability is proven by application of standard MPC arguments. The controller is then tested for the problem of ship course keeping and roll reduction with rudder and fins, in a directional stochastic sea. Simulations show the asso MPC to inherit positive features from its corresponding regressor: extreme reduction of decision variables' magnitude, namely, actuators' magnitude (or variations), with a finite energy error, being particularly promising for over-actuated systems. © 2012 AACC American Automatic Control Council).

Motor control is decision-making

© 2012 Elsevier Ltd. Motor behavior may be viewed as a problem of maximizing the utility of movement outcome in the face of sensory, motor and task uncertainty. Viewed in this way, and allowing for the availability of prior knowledge in the form of a probability distribution over possible states of the world, the choice of a movement plan and strategy for motor control becomes an application of statistical decision theory. This point of view has proven successful in recent years in accounting for movement under risk, inferring the loss function used in motor tasks, and explaining motor behavior in a wide variety of circumstances.

Electronic, structural, and optical properties of crystalline yttria

The electronic structure of crystalline Y2O3 is investigated by first-principles calculations within the local-density approximation (LDA) of the density-functional theory. Results are presented for the band structure, the total density of states (DOS), the atom-and orbital-resolved partial DOS. effective charges, bond order, and charge-density distributions. Partial covalent character in the Y-O bonding is shown, and the nonequivalency of the two Y sites is demonstrated. The calculated electronic structure is compared with a variety of available experimental data. The total energy of the crystal is calculated as a function of crystal volume. A bulk modulus B of 183 Gpa and a pressure coefficient B' of 4.01 are obtained, which are in good agreement with compression data. An LDA band gap of 4.54 eV at Gamma is obtained which increases with pressure at a rate of dE(g)/dP = 0.012 eV/Gpa at the equilibrium volume. Also investigated are the optical properties of Y2O3 up to a photon energy of 20 eV. The calculated complex dielectric function and electron-energy-loss function are in good agreement with experimental data. A static dielectric constant of epsilon(O)= 3.20 is obtained. It is also found that the bottom of the conduction band consists of a single band, and direct optical transition at Gamma between the top of the valence band and the bottom of the conduction band may be symmetry forbidden.

Numerical investigation of particle velocity distributions in aeolian sand transport

Particle velocity distribution in a blowing sand cloud is a reflection of saltation movement of many particles. Numerical analysis is performed for particle velocity distribution with a discrete particle model. The probability distributions of resultant particle velocity in the impact-entrainment process, particle horizontal and vertical velocities at different heights and the vertical velocity of ascending particles are analyzed. The probability distributions of resultant impact and lift-off velocities of saltating particles can be expressed by a log-normal function, and that of impact angle comply with an exponential function. The probability distribution of particle horizontal and vertical velocities at different heights shows a typical single-peak pattern. In the lower part of saltation layer, the particle horizontal velocity distribution is positively skewed. Further analysis shows that the probability density function of the vertical velocity of ascending particles is similar to the right-hand part of a normal distribution function, and a general equation is acquired for the probability density function of non-dimensional vertical velocity of ascending particles which is independent of diameter of saltating particles, wind strength and height. These distributions in the present numerical analysis are consistent with reported experimental results. The present investigation is important for understanding the saltation state in wind-blown sand movement. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Characterisation of the non-muscle α-actinins

Actinins are cytoskeleton proteins that cross-link actin filaments. Evolution of the actinin family resulted in the formation of Ca++-insensitive muscle isoforms (actinin-2 and- 3) and Ca++-sensitive non-muscle isoforms (actinin-1 and -4) with regard to their actin-binding function. Despite high sequence similarity, unique properties have been ascribed to actinin-4 compared with actinin-1. Actinin-4 is the predominant isoform reported to be associated with the cancer phenotype. Actinin-4, but not actinin-1, is essential for normal glomerular function in the kidney and and is able to translocate to the nucleus to regulate transcription. To understand the molecular basis for such isoform-specific functions I have comprehensively compared these proteins in terms of localisation, migration, alternative splicing, actin-binding properties, heterodimer formation and molecular interactions for the first time. This work characterises a number of commercially available actinin antibodies and in doing so, identifies actinin-1, -2 and -4 isoform-specific antibodies that enabled studies of actinin expression and localisation. This work identifies the actinin rod domain as the predominant domain that influences actinin localisation however localisation is likely to be effected by the entire actinin protein. si-RNA- mediated knockdown of actinin-1 and -4 did not affect migration in a number of cell lines highlighting that migration may only require a fraction of total non-muscle actinin levels. This work finds that the Ca++-insensitive variant of actinin-4 is expressed only in the nervous system and thus cannot be regarded as a smooth muscle isoform, as is the case for the Ca++-insensitive variant of actinin-1. This work also identifies a previously unreported exon 19a+19b expressing variant of actinin-4 in human skeletal muscle. This work finds that alternative splice variants of actinin-1 and -4 are co-expressed in a number of tissues, in particular the brain. In contrast to healthy brain, glioblastoma cells express Ca++-sensitive variants of both actinin-1 and -4. Actin-binding properties of actinin-1 and -4 are similar and are unlikely to explain isoform-specific functions. Surprisingly, this work reveals that actinin-1/-4 heterodimers, rather than homodimers, are the most abundant form of actinin in many cancer cell lines. Taken together this data suggests that actinin-1 and -4 cannot be viewed as distinct entities from each other but rather as proteins that can exist in both homodimeric and heterodimeric forms. Finally, this work employs yeast two-hybrid and proteomic approaches to identify actinin-interacting proteins. In doing so, this work identifies a number of putative actinin-4 specific interacting partners that may help to explain some of the unique functions attributed the actinin-4. The observation of alternative splice variants of actinin-1 and -4 combined with the observed potential of these proteins to form homodimers and heterodimers suggests that homodimers and heterodimers with novel actin-binding properties and interaction networks may exist. The ability to behave in this manner may have functional implications. This may be of importance considering that these proteins are central to such processes as cell migration and adhesion. This significantly alters our view of the non-muscle actinins.