Estimating interactive coefficients for analysing interactive failures

Engineering assets are often complex systems. In a complex system, components often have failure interactions which lead to interactive failures. A system with interactive failures may lead to an increased failure probability. Hence, one may have to take the interactive failures into account when designing and maintaining complex engineering systems. To address this issue, Sun et al have developed an analytical model for the interactive failures. In this model, the degree of interaction between two components is represented by interactive coefficients. To use this model for failure analysis, the related interactive coefficients must be estimated. However, methods for estimating the interactive coefficients have not been reported. To fill this gap, this paper presents five methods to estimate the interactive coefficients including probabilistic method; failure data based analysis method; laboratory experimental method; failure interaction mechanism based method; and expert estimation method. Examples are given to demonstrate the applications of the proposed methods. Comparisons among these methods are also presented.

The reliability mathematical model of load-sharing parallel systems based on fatigue cumulative damage

Conventional reliability models for parallel systems are not applicable for the analysis of parallel systems with load transfer and sharing. In this short communication, firstly, the dependent failures of parallel systems are analyzed, and the reliability model of load-sharing parallel system is presented based on Miner cumulative damage theory and the full probability formula. Secondly, the parallel system reliability is calculated by Monte Carlo simulation when the component life follows the Weibull distribution. The research result shows that the proposed reliability mathematical model could analyze and evaluate the reliability of parallel systems in the presence of load transfer.

Parameter-dependent Lyapunov functions for state-derivative feedback control in polytopic linear systems

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

The effects of diazepam on the elevated T-maze are dependent on the estrous cycle of rats

In order to determine the modulation of anxiolytic and panicolytic-like effects of diazepam by the hormonal cycle of female rats, male and female rats – the latter divided per estrous cycle phase (estrus, diestrus, metaestrus and proestrus) – were tested in the elevated T-maze, a behavioral model of panic and anxiety. Diazepam (0.5, 1.0 and 2.0 mg/kg) or saline solution was injected in individual animals that were submitted to one session in the elevated T-maze 25 min after drug/saline administration. The test consisted of three avoidance trials and one escape trial, separated by a 30 s interval, during which the animals were isolated in individual cages. The avoidance trials began with the animal being placed at the end of the maze's enclosed arm. The time necessary for the animal to leave the central square was considered as the response's latency. The trials that exceeded 300 s were considered as failures. Results demonstrate a decrease in the effects of diazepam in inhibitory avoidance (anxiety) trials in females in diestrus and proestrus, but no relation of gender or estrous cycle on diazepam effects on escape trials (fear). The results support the hypothesis that down-regulation of GABAA receptors by activation of nuclear estrogen receptors and induction of PKC-mediated GABAA receptor phosphorylation by activation of surface estrogen receptors in raphe neurons underlie the modulation of diazepam sensitivity by estrogen.

Spike timing dependent plasticity: a consequence of more fundamental learning rules.

Spike timing dependent plasticity (STDP) is a phenomenon in which the precise timing of spikes affects the sign and magnitude of changes in synaptic strength. STDP is often interpreted as the comprehensive learning rule for a synapse - the "first law" of synaptic plasticity. This interpretation is made explicit in theoretical models in which the total plasticity produced by complex spike patterns results from a superposition of the effects of all spike pairs. Although such models are appealing for their simplicity, they can fail dramatically. For example, the measured single-spike learning rule between hippocampal CA3 and CA1 pyramidal neurons does not predict the existence of long-term potentiation one of the best-known forms of synaptic plasticity. Layers of complexity have been added to the basic STDP model to repair predictive failures, but they have been outstripped by experimental data. We propose an alternate first law: neural activity triggers changes in key biochemical intermediates, which act as a more direct trigger of plasticity mechanisms. One particularly successful model uses intracellular calcium as the intermediate and can account for many observed properties of bidirectional plasticity. In this formulation, STDP is not itself the basis for explaining other forms of plasticity, but is instead a consequence of changes in the biochemical intermediate, calcium. Eventually a mechanism-based framework for learning rules should include other messengers, discrete change at individual synapses, spread of plasticity among neighboring synapses, and priming of hidden processes that change a synapse's susceptibility to future change. Mechanism-based models provide a rich framework for the computational representation of synaptic plasticity.

Calcium/calmodulin-dependent kinase II and long-term potentiation enhance synaptic transmission by the same mechanism.

Ca(2+)-sensitive kinases are thought to play a role in long-term potentiation (LTP). To test the involvement of Ca2+/calmodulin-dependent kinase II (CaM-K II), truncated, constitutively active form of this kinase was directly injected into CA1 hippocampal pyramidal cells. Inclusion of CaM-K II in the recording pipette resulted in a gradual increase in the size of excitatory postsynaptic currents (EPSCs). No change in evoked responses occurred when the pipette contained heat-inactivated kinase. The effects of CaM-K II mimicked several features of LTP in that it caused a decreased incidence of synaptic failures, an increase in the size of spontaneous EPSCs, and an increase in the amplitude of responses to iontophoretically applied alpha-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionate. To determine whether the CaM-K II-induced enhancement and LTP share a common mechanism, occlusion experiments were carried out. The enhancing action of CaM-K II was greatly diminished by prior induction of LTP. In addition, following the increase in synaptic strength by CaM-K II, tetanic stimulation failed to evoke LTP. These findings indicate that CaM-K II alone is sufficient to augment synaptic strength and that this enhancement shares the same underlying mechanism as the enhancement observed with LTP.

Influence of frequent nightmares on REM sleep-dependent emotional memory processing

La littérature suggère que le sommeil paradoxal joue un rôle dans l'intégration associative de la mémoire émotionnelle. De plus, les rêves en sommeil paradoxal, en particulier leur nature bizarre et émotionnelle, semblent refléter cette fonction associative et émotionnelle du sommeil paradoxal. La conséquence des cauchemars fréquents sur ce processus est inconnue, bien que le réveil provoqué par un cauchemar semble interférer avec les fonctions du sommeil paradoxal. Le premier objectif de cette thèse était de reproduire conceptuellement des recherches antérieures démontrant que le sommeil paradoxal permet un accès hyper-associatif à la mémoire. L'utilisation d'une sieste diurne nous a permis d'évaluer les effets du sommeil paradoxal, comparativement au sommeil lent et à l’éveil, sur la performance des participants à une tâche sémantique mesurant « associational breadth » (AB). Les résultats ont montré que seuls les sujets réveillés en sommeil paradoxal ont répondu avec des associations atypiques, ce qui suggère que le sommeil paradoxal est spécifique dans sa capacité à intégrer les traces de la mémoire émotionnelle (article 1). En outre, les rapports de rêve en sommeil paradoxal étaient plus bizarres que ceux en sommeil lent, et plus intenses émotionnellement ; ces attributs semblent refléter la nature associative et émotionnelle du sommeil paradoxal (article 2). Le deuxième objectif de la thèse était de préciser si et comment le traitement de la mémoire émotionnelle en sommeil paradoxal est altéré dans le Trouble de cauchemars fréquents (NM). En utilisant le même protocole, nos résultats ont montré que les participants NM avaient des résultats plus élevés avant une sieste, ce qui correspond aux observations antérieures voulant que les personnes souffrant de cauchemars soient plus créatives. Après le sommeil paradoxal, les deux groupes, NM et CTL, ont montré des changements similaires dans leur accès associatif, avec des résultats AB-négatif plus bas et AB-positif plus grands. Une semaine plus tard, seul les participants NM a maintenu ce changement dans leur réseau sémantique (article 3). Ces résultats suggèrent qu’au fil du temps, les cauchemars peuvent interférer avec l'intégration de la mémoire émotionnelle pendant le sommeil paradoxal. En ce qui concerne l'imagerie, les participants NM avaient plus de bizarrerie et plus d’émotion positive, mais pas négative, dans leurs rêveries (article 4). Ces attributs intensifiés suggèrent à nouveau que les participants NM sont plus imaginatifs et créatifs à l’éveil. Dans l'ensemble, les résultats confirment le rôle du sommeil paradoxal dans l'intégration associative de la mémoire émotionnelle. Cependant, nos résultats concernant le Trouble de cauchemars ne sont pas entièrement en accord avec les théories suggérant que les cauchemars sont dysfonctionnels. Le groupe NM a montré plus d’associativité émotionnelle, de même que plus d'imagerie positive et bizarre à l’éveil. Nous proposons donc une nouvelle théorie de sensibilité environnementale associée au Trouble de cauchemar, suggérant qu'une sensibilité accrue à une gamme de contextes environnementaux sous-tendrait les symptômes uniques et la richesse imaginative observés chez les personnes souffrant de cauchemars fréquents. Bien que davantage de recherches doivent être faites, il est possible que ces personnes puissent bénéficier e milieux favorables, et qu’elles puissent avoir un avantage adaptatif à l'égard de l'expression créative, ce qui est particulièrement pertinent lorsque l'on considère leur pronostic et les différents types de traitements.

Influence of frequent nightmares on REM sleep-dependent emotional memory processing

La littérature suggère que le sommeil paradoxal joue un rôle dans l'intégration associative de la mémoire émotionnelle. De plus, les rêves en sommeil paradoxal, en particulier leur nature bizarre et émotionnelle, semblent refléter cette fonction associative et émotionnelle du sommeil paradoxal. La conséquence des cauchemars fréquents sur ce processus est inconnue, bien que le réveil provoqué par un cauchemar semble interférer avec les fonctions du sommeil paradoxal. Le premier objectif de cette thèse était de reproduire conceptuellement des recherches antérieures démontrant que le sommeil paradoxal permet un accès hyper-associatif à la mémoire. L'utilisation d'une sieste diurne nous a permis d'évaluer les effets du sommeil paradoxal, comparativement au sommeil lent et à l’éveil, sur la performance des participants à une tâche sémantique mesurant « associational breadth » (AB). Les résultats ont montré que seuls les sujets réveillés en sommeil paradoxal ont répondu avec des associations atypiques, ce qui suggère que le sommeil paradoxal est spécifique dans sa capacité à intégrer les traces de la mémoire émotionnelle (article 1). En outre, les rapports de rêve en sommeil paradoxal étaient plus bizarres que ceux en sommeil lent, et plus intenses émotionnellement ; ces attributs semblent refléter la nature associative et émotionnelle du sommeil paradoxal (article 2). Le deuxième objectif de la thèse était de préciser si et comment le traitement de la mémoire émotionnelle en sommeil paradoxal est altéré dans le Trouble de cauchemars fréquents (NM). En utilisant le même protocole, nos résultats ont montré que les participants NM avaient des résultats plus élevés avant une sieste, ce qui correspond aux observations antérieures voulant que les personnes souffrant de cauchemars soient plus créatives. Après le sommeil paradoxal, les deux groupes, NM et CTL, ont montré des changements similaires dans leur accès associatif, avec des résultats AB-négatif plus bas et AB-positif plus grands. Une semaine plus tard, seul les participants NM a maintenu ce changement dans leur réseau sémantique (article 3). Ces résultats suggèrent qu’au fil du temps, les cauchemars peuvent interférer avec l'intégration de la mémoire émotionnelle pendant le sommeil paradoxal. En ce qui concerne l'imagerie, les participants NM avaient plus de bizarrerie et plus d’émotion positive, mais pas négative, dans leurs rêveries (article 4). Ces attributs intensifiés suggèrent à nouveau que les participants NM sont plus imaginatifs et créatifs à l’éveil. Dans l'ensemble, les résultats confirment le rôle du sommeil paradoxal dans l'intégration associative de la mémoire émotionnelle. Cependant, nos résultats concernant le Trouble de cauchemars ne sont pas entièrement en accord avec les théories suggérant que les cauchemars sont dysfonctionnels. Le groupe NM a montré plus d’associativité émotionnelle, de même que plus d'imagerie positive et bizarre à l’éveil. Nous proposons donc une nouvelle théorie de sensibilité environnementale associée au Trouble de cauchemar, suggérant qu'une sensibilité accrue à une gamme de contextes environnementaux sous-tendrait les symptômes uniques et la richesse imaginative observés chez les personnes souffrant de cauchemars fréquents. Bien que davantage de recherches doivent être faites, il est possible que ces personnes puissent bénéficier e milieux favorables, et qu’elles puissent avoir un avantage adaptatif à l'égard de l'expression créative, ce qui est particulièrement pertinent lorsque l'on considère leur pronostic et les différents types de traitements.

Time-Dependent Density Functional Molecular Orbital and Excited State Calculations on Bis(porphyrinyl)butadiynes in the Monocationic, Neutral, Monoanionic, and Dianionic Oxidation States

We report a theoretical study of the multiple oxidation states (1+, 0, 1−, and 2−) of a meso,meso-linked diporphyrin, namely bis[10,15,20-triphenylporphyrinatozinc(II)-5-yl]butadiyne (4), using Time-Dependent Density Functional Theory (TDDFT). The origin of electronic transitions of singlet excited states is discussed in comparison to experimental spectra for the corresponding oxidation states of the close analogue bis{10,15,20-tris[3‘,5‘-di-tert-butylphenyl]porphyrinatozinc(II)-5-yl}butadiyne (3). The latter were measured in previous work under in situ spectroelectrochemical conditions. Excitation energies and orbital compositions of the excited states were obtained for these large delocalized aromatic radicals, which are unique examples of organic mixed-valence systems. The radical cations and anions of butadiyne-bridged diporphyrins such as 3 display characteristic electronic absorption bands in the near-IR region, which have been successfully predicted with use of these computational methods. The radicals are clearly of the “fully delocalized” or Class III type. The key spectral features of the neutral and dianionic states were also reproduced, although due to the large size of these molecules, quantitative agreement of energies with observations is not as good in the blue end of the visible region. The TDDFT calculations are largely in accord with a previous empirical model for the spectra, which was based simplistically on one-electron transitions among the eight key frontier orbitals of the C4 (1,4-butadiyne) linked diporphyrins.