John N. Tsitsiklis. / Caption title. / Includes bibliographical references (p. 5-6). / Supported by the ARO. DAAL03-92-G-0115

L'activitat humana que té lloc en sales de reunions o aules d'ensenyament es veu reflectida en una rica varietat d'events acústics, ja siguin produïts pel cos humà o per objectes que les persones manegen. Per això, la determinació de la identitat dels sons i de la seva posició temporal pot ajudar a detectar i a descriure l'activitat humana que té lloc en la sala. A més a més, la detecció de sons diferents de la veu pot ajudar a millorar la robustes de tecnologies de la parla com el reconeixement automàtica a condicions de treball adverses. L'objectiu d'aquesta tesi és la detecció i classificació automàtica d'events acústics. Es tracta de processar els senyals acústics recollits per micròfons distants en sales de reunions o aules per tal de convertir-los en descripcions simbòliques que es corresponguin amb la percepció que un oient tindria dels diversos events sonors continguts en els senyals i de les seves fonts. En primer lloc, s'encara la tasca de classificació automàtica d'events acústics amb classificadors de màquines de vectors suport (Support Vector Machines (SVM)), elecció motivada per l'escassetat de dades d'entrenament. Per al problema de reconeixement multiclasse es desenvolupa un esquema d'agrupament automàtic amb conjunt de característiques variable i basat en matrius de confusió. Realitzant proves amb la base de dades recollida, aquest classificador obté uns millors resultats que la tècnica basada en models de barreges de Gaussianes (Gaussian Mixture Models (GMM)), i aconsegueix una reducció relativa de l'error mitjà elevada en comparació amb el millor resultat obtingut amb l'esquema convencional basat en arbre binari. Continuant amb el problema de classificació, es comparen unes quantes maneres alternatives d'estendre els SVM al processament de seqüències, en un intent d'evitar l'inconvenient de treballar amb vectors de longitud fixa que presenten els SVM quan han de tractar dades d'àudio. En aquestes proves s'observa que els nuclis de deformació temporal dinàmica funcionen bé amb sons que presenten una estructura temporal. A més a més, s'usen conceptes i eines manllevats de la teoria de lògica difusa per investigar, d'una banda, la importància de cada una de les característiques i el grau d'interacció entre elles, i d'altra banda, tot cercant l'augment de la taxa de classificació, s'investiga la fusió de lessortides de diversos sistemes de classificació. Els sistemes de classificació d'events acústicsdesenvolupats s'han testejat també mitjançant la participació en unes quantes avaluacions d'àmbitinternacional, entre els anys 2004 i 2006. La segona principal contribució d'aquest treball de tesi consisteix en el desenvolupament de sistemes de detecció d'events acústics. El problema de la detecció és més complex, ja que inclou tant la classificació dels sons com la determinació dels intervals temporals on tenen lloc. Es desenvolupen dues versions del sistema i es proven amb els conjunts de dades de les dues campanyes d'avaluació internacional CLEAR que van tenir lloc els anys 2006 i 2007, fent-se servir dos tipus de bases de dades: dues bases d'events acústics aïllats, i una base d'enregistraments de seminaris interactius, les quals contenen un nombre relativament elevat d'ocurrències dels events acústics especificats. Els sistemes desenvolupats, que consisteixen en l'ús de classificadors basats en SVM que operen dinsd'una finestra lliscant més un post-processament, van ser els únics presentats a les avaluacionsesmentades que no es basaven en models de Markov ocults (Hidden Markov Models) i cada un d'ellsva obtenir resultats competitius en la corresponent avaluació. La detecció d'activitat oral és un altre dels objectius d'aquest treball de tesi, pel fet de ser un cas particular de detecció d'events acústics especialment important. Es desenvolupa una tècnica de millora de l'entrenament dels SVM per fer front a la necessitat de reducció de l'enorme conjunt de dades existents. El sistema resultant, basat en SVM, és testejat amb uns quants conjunts de dades de l'avaluació NIST RT (Rich Transcription), on mostra puntuacions millors que les del sistema basat en GMM, malgrat que aquest darrer va quedar entre els primers en l'avaluació NIST RT de 2006.Per acabar, val la pena esmentar alguns resultats col·laterals d'aquest treball de tesi. Com que s'ha dut a terme en l'entorn del projecte europeu CHIL, l'autor ha estat responsable de l'organització de les avaluacions internacionals de classificació i detecció d'events acústics abans esmentades, liderant l'especificació de les classes d'events, les bases de dades, els protocols d'avaluació i, especialment, proposant i implementant les diverses mètriques utilitzades. A més a més, els sistemes de detecciós'han implementat en la sala intel·ligent de la UPC, on funcionen en temps real a efectes de test i demostració. / The human activity that takes place in meeting-rooms or class-rooms is reflected in a rich variety of acoustic events, either produced by the human body or by objects handled by humans, so the determination of both the identity of sounds and their position in time may help to detect and describe that human activity.Additionally, detection of sounds other than speech may be useful to enhance the robustness of speech technologies like automatic speech recognition. Automatic detection and classification of acoustic events is the objective of this thesis work. It aims at processing the acoustic signals collected by distant microphones in meeting-room or classroom environments to convert them into symbolic descriptions corresponding to a listener's perception of the different sound events that are present in the signals and their sources. First of all, the task of acoustic event classification is faced using Support Vector Machine (SVM) classifiers, which are motivated by the scarcity of training data. A confusion-matrix-based variable-feature-set clustering scheme is developed for the multiclass recognition problem, and tested on the gathered database. With it, a higher classification rate than the GMM-based technique is obtained, arriving to a large relative average error reduction with respect to the best result from the conventional binary tree scheme. Moreover, several ways to extend SVMs to sequence processing are compared, in an attempt to avoid the drawback of SVMs when dealing with audio data, i.e. their restriction to work with fixed-length vectors, observing that the dynamic time warping kernels work well for sounds that show a temporal structure. Furthermore, concepts and tools from the fuzzy theory are used to investigate, first, the importance of and degree of interaction among features, and second, ways to fuse the outputs of several classification systems. The developed AEC systems are tested also by participating in several international evaluations from 2004 to 2006, and the resultsare reported. The second main contribution of this thesis work is the development of systems for detection of acoustic events. The detection problem is more complex since it includes both classification and determination of the time intervals where the sound takes place. Two system versions are developed and tested on the datasets of the two CLEAR international evaluation campaigns in 2006 and 2007. Two kinds of databases are used: two databases of isolated acoustic events, and a database of interactive seminars containing a significant number of acoustic events of interest. Our developed systems, which consist of SVM-based classification within a sliding window plus post-processing, were the only submissions not using HMMs, and each of them obtained competitive results in the corresponding evaluation. Speech activity detection was also pursued in this thesis since, in fact, it is a -especially important - particular case of acoustic event detection. An enhanced SVM training approach for the speech activity detection task is developed, mainly to cope with the problem of dataset reduction. The resulting SVM-based system is tested with several NIST Rich Transcription (RT) evaluation datasets, and it shows better scores than our GMM-based system, which ranked among the best systems in the RT06 evaluation. Finally, it is worth mentioning a few side outcomes from this thesis work. As it has been carried out in the framework of the CHIL EU project, the author has been responsible for the organization of the above mentioned international evaluations in acoustic event classification and detection, taking a leading role in the specification of acoustic event classes, databases, and evaluation protocols, and, especially, in the proposal and implementation of the various metrics that have been used. Moreover, the detection systems have been implemented in the UPC's smart-room and work in real time for purposes of testing and demonstration.

El objetivo principal de la tesis es el análisis y la reducción del ruido en la electrocardiografía de alta resolución con el propósito de mejorar la detección de los potenciales ventriculares tardíos. La hipótesis es que un cuidadoso análisis del ruido y de las técnicas empleadas actualmente para su reducción permitirá proponer mejoras a dichas técnicas. En otra tesis (Fernández, 1996) se estudian diversos métodos de reducción de ruido en el momento de realizar la adquisición, tales como el apantallamiento de los electrodos, la utilización de electrodos activos y las técnicas de relajación del paciente.Nosotros nos basamos en registros adquiridos sin aplicar dichas técnicas, pues no es lo habitual en un entorno hospitalario. Por otra parte, hemos analizado y propuesto técnicas de reducción del ruido electrónico del sistema de adquisición, pues una vez aplicadas las técnicas propuestas en la mencionada tesis para la reducción de las otras fuentes de ruido, puede que el ruido electrónico sí adquiera relevancia.Otra de las fuentes de ruido es la interferencia producida por la red de distribución eléctrica. Sin embargo, los filtros de red habituales introducen una distorsión inaceptable en la señal electrocardiográfica de alta resolución. Otro de los objetivos de la tesis será, pues, el desarrollo de un nuevo filtro para las interferencias de red que no distorsione la fase de la señal de interés y que no anule la componente de la señal a la frecuencia de red ni armónicos.La reducción de ruido conseguida mediante promediado de señal depende de la estacionariedad del ruido, tema al que no se le ha prestado la debida atención. Otro objetivo de la tesis será, pues, el análisis de la estacionariedad del ruido, tanto para derivaciones superficiales como esofágicas. Esto nos permitirá criticar y mejorar los métodos actuales de reducción de ruido. También definiremos y estudiaremos nuevos métodos de reducción de ruido no estacionario.Describimos brevemente el contenido de cada uno de los capítulos que siguen. El segundo capítulo está dedicado al análisis y reducción del ruido del sistema electrónico. El tercer capítulo está dedicado a la reducción de la interferencia de red. En el cuarto capítulo se analiza la estacionariedad del ruido y se proponen varios métodos de reducción de ruido no estacionario. Mediante estos métodos se puede reducir el ruido de las otras dos fuentes: el ruido de los electrodos y el ruido fisiológico (EMG). En el capítulo quinto se describe la aplicación de las técnicas desarrolladas a la detección de potenciales ventriculares tardíos. Finalmente, en el sexto capítulo se describen las conclusiones que se han obtenido.

La present tesi doctoral estudia els inversors trifàsics multinivell del tipus denominat de díodes de fixació (diode-clamped converters). Aquests convertidors poden generar tres o més nivells de tensió a cada fase de sortida, i normalment s'apliquen a sistemes de gran potència ja que poden treballar amb tensions majors que els inversors clàssics. L'anàlisi es centra fonamentalment en la topologia de tres nivells, tot i que també es realitzen contribucions per a convertidors de més nivells. Els principals objectius són la proposta de nous algorismes de modulació vectorial PWM de processat ràpid, l'estudi i la compensació dels efectes dels desequilibris de les tensions dels condensadors del bus de continua, i l'anàlisi de llaços de control avançat.S'han desenvolupat diversos models que han permès obtenir resultats de simulació de les tècniques de modulació i control proposades. A més, gràcies a l'estada d'un any de l'autor al Center for Power Electronics Systems (CPES) a Virginia Tech, USA, la tesi també inclou resultats experimentals que consoliden les conclusions i metodologies presentades. Les principals contribucions es resumeixen a continuació. Es presenta un nou algorisme de modulació vectorial PWM que aprofita simetries del diagrama vectorial per a reduir el temps de processat. S'analitzen i es quantifiquen les oscil·lacions de tensió de baixa freqüència que apareixen en el punt central dels condensadors del convertidor de tres nivells. Aquesta informació permet dimensionar els condensadors donades les especificacions d'una determinada aplicació.L'algorisme de modulació també s'aplica a convertidors de més nivells. Pel cas concret del convertidor de quatre nivells, es comprova l'existència de corrents continus en els punts mitjos dels condensadors que fan que els sistema sigui inestable. Es determinen gràficament les zones d'inestabilitat. Es presenta un nou i eficient algorisme de modulació vectorial feedforward en el convertidor de tres nivells que és capaç de generar tensions trifàsiques de sortida equilibrades, malgrat l'existència de desequilibris en les tensions dels condensadors.S'estudien els efectes negatius de càrregues lineals desequilibrades i càrregues no lineals en el control de les tensions dels condensadors. Es justifica que l'existència d'un quart harmònic en els corrents de càrrega pot inestabilitzar el sistema. És determina la màxima amplitud tolerable d'aquest harmònic.S'estudia la millora en l'equilibrat de les tensions d'una connexió de dos convertidors de tres nivells al mateix bus de continua (back-to-back connection). Un exemple d'aplicació pràctica és la conversió AC/DC/AC per a l'accionament de motors d'alterna treballant amb factor de potència unitari.Finalment s'aplica un controlador òptim al convertidor de tres nivells treballant com a rectificador elevador (boost). El llaç de control LQR (Linear Quadratic Regulator) es simplifica donat que la tasca d'equilibrat de les tensions dels condensadors es dur a terme en el mateix modulador.

A prerequisite for safe and stable operation of an electric power system is the accurate and reliable measurement of the system parameters, in particular, current and voltage. Conventionally, this has been achieved on High Voltage (H.V.) systems by expensive, bulky iron-core transformers and also by capacitor transformers. Both of them are increasingly coming under review (chapter 1) in modern power system due to their cost, safety implications for personnel and surrounding plant if failure occurs, installation time and indeed substation land requirements. Research effort into viable alternatives to instrument transformers has been ongoing for many years to reduce the cost and improve the safety and accuracy of this devices. In the last years, this research has accelerated due to the new requirements of the modern metering and protection systems based on electronic and microprocessor devices. This trend in the modern systems has allowed the development of novel transducers where the accuracy, the reliability and the safety has been significantly improved. The main alternative incorporate optic fibre viewed as the most realistic method of providing cheap and safe isolation between the chosen sensor at phase potential and earth. The sensor itself is, in the case of current measurement, based on the Faraday effect while in the case of the voltage measurement is generally a Pockels or Kerr effect device measuring a fraction of the actual phase voltage by employing a capacitive voltage divider.In parallel to the development of the optical alternative other different transducers have been studied based on the properties offer for new materials and technologies developed in the last years. A clear example of new emergent technologies is found in the piezoelectricity (chapter 2).In just over 100 years piezoelectricity has moved from a laboratory curiosity to big business. During this period, several technologies have been developed to utilise the piezoelectric effect.In turn, each of these technologies has become an essential component in many kinds of electronic products. The U.S. piezoelectric industry, good mirror for analyse the internationaltechnologic development, has gone through several boom and bust cycles. However, new applications are emerging for piezoelectricity because of the developments in piezoelectric ceramics and polymers. Even though piezoelectric quartz crystal still holds the largest marketsegment, several new piezoelectric ceramic and piezoelectric polymer materials are being developed that represent good, attractive market segments in terms of growth, competition, and investment.This thesis proposes an alternative for the measurement in High Voltage environments by using the piezoelectric technology. The thesis was initially concentrated in the alternative of the voltage measurement, but the successfully results in this field have open the way to propose alternatives for measuring current.Accordingly, the present thesis develops a novel instrument transformer based on the mechanical forces developed for the piezoelectric materials under the influence of an electric field. The transformer consists of an actuator piezoelectric column and a sensor piezoelectric column. The actuator column is connected to the a.c. High Voltage to be measured. This electrical voltage produces the generation of mechanical forces within the material. The forces can be measured by means of the piezoelectric sensor and convert it back into a low electrical signal which can drive an electronic protection or measuring system. The novel piezoelectric transformer herein treated is of wide application in electrical networks for measuring, providing both advantageous accuracy and large transformation ratio. Furthermore, It is expected to reduce the volume, weight and manufacturing cost of the traditional electromagnetic transformers.

La humitat és un dels paràmetres més característics del sòl i el seu coneixement té interès des de diversos àmbits de la enginyeria. Conèixer la humitat mitjançant la impedància elèctrica planteja un estudi acurat de les tècniques de mesura per determinar quins factors o components es mesuren realment. Cal saber, a més, si corresponen a la presència i quantificació de la humitat o a interferències com fenòmens de transducció iònico electrònica, fenòmens en el si del material o limitacions pròpies de la instrumentació, sovint poc aprofundits per la bibliografia. L'estudi teòric de les propietats elèctriques, conductivitat i permitivitat, de les barreges estableix unes directrius o punts de partida. El sòl és un sistema de partícules amb tres fases: la sòlida, l'electrolítica i els buits, que es comporta com un dielèctric compost amb moltes pèrdues. La interacció entre fases modifica les propietats elèctriques de les barreges teòriques i ens porta a l'estudi detallat de diverses lleis pseudoempíriques i al plantejament d'un model propi.S'han analitzat les tècniques clàssiques de mesura d'impedància elèctrica, abast, validesa i limitacions quan s'estudia el medi sòl. La no consideració dels punts febles o el seu oblit pot portar a interpretacions errònies. Aquesta anàlisi de tècniques de mesura i l'estudi elèctric de materials ha portat al desenvolupament de cèl.lules adaptades a diferents estratègies de mesura, a la combinació de diversos instruments i a la connexió adient de les parts amb diverses solucions originals.La conductivitat dels sòls no depèn de la freqüència en el marge estudiat (1 Hz a 100 MHz); sí que depèn dels continguts de sals dissoltes en l'electròlit. A partir d'un llindar, hi ha una relació lineal entre conductivitat i humitat en sòls de tipus sorrenc. En canvi, la relació en sòls llimosos i argilosos és de tipus potencial fins a una saturació. A freqüència baixa, no és possible mesurar la permitivitat de sòls atesa la influència de la conductivitat. A freqüències superiors a 1 MHz, la relació permitivitat humitat és aproximadament lineal en sòls sorrencs i potencial en sòls llimosos i argilosos. Aquests resultats s'han contrastat amb els models bibliogràfics, que s'han adaptat o modificat.L'anàlisi i desenvolupament de les tècniques de mesura i els models elèctrics de sòls permeten conèixer el contingut d'humitat dels sòls, tot i que cal un coneixement del tipus de sòl de què es tracta i de la concentració inicial de l'electròlit. Les tècniques desenvolupades complementen de forma ràpida i barata les tècniques clàssiques no elèctriques i poden substituir les si s'accepta una incertesa del 5%.

SA l'actualitat les societats industrials avançades basen el seu desenvolupament en les noves Tecnologies de la Informació i les Comunicacions (TIC). Però aquestes tecnologies són molt sensibles a la qualitat i continuïtat del seu subministrament d'energia elèctrica. Per aquest motiu els Sistemes d'Alimentació Ininterrompuda (SAI) i, per tant, els onduladors, estan agafant un nou protagonisme com a elements fonamentals de la nova societat de les TIC.Els equipaments de les TIC són en la seva totalitat equips electrònics que es comporten com a càrregues no lineals per a la xarxa elèctrica que els alimenta. Les càrregues no lineals consumeixen intensitats no sinusoïdals que en el cas d'ésser alimentades per SAI originen una distorsió harmònica de l'ona de tensió sinusoïdal de sortida. En aquests moments els SAI presents al mercat presenten una Distorsió Harmònica Total (THD) no inferior al 5% quan alimenten càrregues no lineals. Disminuir aquesta distorsió és l'actual repte en el disseny dels onduladors dels SAI.El present treball proposa una sèrie de tècniques de control, per tal d'aconseguir onduladors amb una molt baixa taxa de distorsió harmònica, basades en una nova metodologia de control no lineal provenint de la teoria del control en mode lliscant. La principal aportació del control en mode lliscant és la seva robustesa davant les pertorbacions i, per tant, sembla una tecnologia de control perfectament adaptada per a respondre a les càrregues no lineals de les TIC. La principal dificultat de l'aplicació pràctica dels controls que s'estudien en el present treball és la necessitat d'efectuar els càlculs necessaris amb una elevada velocitat per tal d'aconseguir freqüències d'execució de l'algoritme de control no inferiors a 40 kHz.En el present treball s'han dissenyat i construït els prototipus necessaris per tal d'implementar els algoritmes de control estudiats perquè siguin executats en un Processador Digital de Senyal (DSP) amb una freqüència d'execució prou elevada per tal d'aconseguir una distorsió harmònica total (THD) extraordinàriament baixa alimentant càrregues totalment no lineals. Es creu sincerament que no existeix, en aquests moments, al mercat cap altre ondulador amb les característiques aconseguides. / Nowadays, advanced industry societies base their development on Information Technologies and Communication (ITC). But these technologies are very sensitive to quality and continuity of power supply. For this reason Uninterruptible Power Supply (UPS) and, in fact, inverters are taking the chief role in fundamental elements of new societies of ITC.ITC equipment is totally electronics and their behaviour is like a nonlinear load for electrical grid supplying them. Nonlinear loads consume non-sinusoidal currents that in case they are supplied by an UPS produce harmonic distortion of the voltage output wave. Nowadays, UPS in the market achieve a Total Harmonic Distortion (THD) not less than 5% when supplying nonlinear loads. Decrease this distortion is the goal in UPS inverter design.The present work proposes several techniques in order to obtain a low THD. These techniques are based on a new nonlinear control methodology developed from sliding mode control theory. The main feature of sliding mode control is its robustness in front of perturbations and, therefore, it seems a very interesting method for nonlinear loads of the ITC. However, the main difficulty in the actual application is the need for high speed processors in order to achieve high frequency algorithm execution, not less than 40 kHz.In the present work new prototypes have been designed and constructed to implement the studied control algorithms. Theses prototypes use high speed DSPs in order to achieve a low THD in the inverter supplying nonlinear loads. In the market does not exist a similar inverter with similar features like ones developed in this work.

Ein Signalweg während der neuronalen Entwicklung im adulten Gehirn ist der PI3K-PTEN-Akt Signalweg. Akt ist eine Kinase die drei verschiedene Isoformen besitzt, welche durch die Phosphorylierung von S473 und T308 aktiviert werden. KO Modelle der Isoformen haben gezeigt, dass nicht alle Funktionen von anderen Isoformen kompensiert werden können. Die genaue Rolle der einzelnen Isoformen in einem neuronalen Zusammenhang ist nur wenig untersucht. Ziel dieser Arbeit war, eine detaillierte Analyse der einzelnen Akt Isoformen nach der Aktivierung des PI3K-PTEN Signalweges. Dazu wurde im Labor eine neue Methode zur isoelektrischen Fokussierung etabliert., welche Proteine nach ihrer Ladung trennt und somit eine Analyse der Dynamik von Akt Phosphorylierungen in neuronalen Zellen erlaubt. Im Zuge dieser Arbeit konnten wir bisher unerkannte Merkmale der Akt Aktivierung und Phosphorylierung identifizieren. Wir konnten zeigen, dass die S473 und T308 Phosphorylierung in Neuroblastomazellen unabhängig voneinander auftreten kann und, dass verschiedene Akt1 Moleküle unterschiedlich auf die Inhibition von PI3K reagieren. Außerdem konnten wir Verschiebungen in der Aktivierung und in der Expression der unterschiedlichen Isoformen während der postnatalen Gehirnentwicklung der Ratte feststellen. Des Weiteren konnten wir zeigen, dass die Aktivierung von Akt von dem Signal und dem Alter der Neurone abhängig ist. Noch nicht vollständig differenzierte Neurone reagieren vor allem auf BDNF Stimulation, wohingegen adulte, differenzierte Neurone hauptsächlich auf EGF reagieren und dort explizit Akt2 über EGFR und PI3K-p110α Signale aktiviert wird. Im Gegensatz dazu führt der Verlust von PTEN zu einer Aktivierung von hauptsächlich Akt1. Zusammenfassend zeigt diese Arbeit einen komplexen Zusammenhang der Phosphorylierung von Akt auf, welcher Signal- und Entwicklungsabhängig ist bei dem unterschiedliche Akt Populationen auf Wachstumsfaktoren und auf PTEN Verlust reagieren. / A major pathway involved in neuronal development is the PI3K-PTEN-Akt pathway. Akt comprises three isoforms, which are activated by phosphorylation of the residues S473 and T308. KO animals for the isoforms have shown differential as well as redundant functions of the three isoforms. However, their individual role in neuronal signaling pathways has not yet been studied in great detail. The aim of this study was to obtain further insight into differential Akt isoform signaling in response to changes in the activity of PI3K and PTEN pathway. A new isoelectric focusing method was established, which allowed us to separate Akt proteins according to their charge, therefore, providing a refined read-out to study dynamics of Akt phosphorylation in a neuronal background. In the course of this project we were able to identify previously undescribed features of Akt phosphorylation and activation. First, we could provide evidence for an uncoupling of the two activating phosphorylation events at S473 and T308 in neuroblastoma cells and differential sensitivities of Akt1 forms towards PI3K inhibition. Secondly, we found a transient shift in Akt isoform activation and abundance during postnatal rat brain development. Thirdly, we were able to show that the activation of different Akt isoforms is dependent of the upstream signal as well as the age of the neuron. Immature neurons were found to be highly responsive to BDNF treatment, whereas mature neurons were most responsive to EGF stimulation leading exclusively to activation of Akt2 in an EGFR- and PI3K/p110α-dependent manner. Stimulation of Akt phosphorylation by the loss of PTEN led to an activation of mainly Akt1 forms, which suggests inherent differences in the Akt pools that are accessible to growth factors dependent PI3Ks as compared to the pools that are controlled by PTEN. In summary, this thesis demonstrates the presence of complex phosphorylation events of Akt in a developmental- and signal-dependent manner in neurons.

Für die meisten Säugetiere ist Navigation eine essentielle kognitive Fähigkeit. Im Bereich der Neurowissenschaften gab es immense Fortschritte im Verständnis neuronaler Grundlagen von Navigation. Diese Dissertation beschäftigt sich mit der neuronalen Grundlage von Navigation im Hinblick auf Hirnstruktur (d.h. Parasubikulum) und ethologisch relevante Verhaltensweisen (d.h. Heimkehr und Spielverhalten). Im ersten Kapitel konzentriere ich mich auf das Verhältnis von Struktur und Funktion im Parasubikulum. Wir postulieren, dass das Parasubikulum durch seine selektive Vernetzung mit dem entorhinalen Kortex, durch seine starke interne Konnektivität, sowie wegen dem hohen Grad räumlich selektiver Aktivitätsmuster seiner Neurone im Bezug auf die Kontrolle von Gitterzellaktivität und räumlicher Navigation eine herausragende Stellung einnimmt. Im zweiten Kapitel untersuche ich die neuronale Grundlage von Heimkehr. Wir nutzen die starke Verbundenheit von Laborratten zu ihrem Zuhause. Wir zeigen, dass das Parasubikulum und der entorhinale Kortex keinen expliziten Heimvektor besitzen und dass die Präsenz des Zuhauses keine globale Veränderung der neuralen Repräsentation des Raums hervorruft. Allerdings führte die Präsenz des Zuhauses oder anderer geometrischer Objekte zu einer Verzerrung von Gitterzellen. Im dritten Kapitel unteruche ich Navigation im Hinblick auf Spielverhalten. Ratten erlernen das Versteckspiel schnell und verhalten sich erstaunlich regelkonform. Zeigen Ratten spielspezifische Vokalisationen. Gleichzeitige Ableitungen neuronaler Aktivität im medialen präfrontalen Kortex offenbarten starke und spezifische Antworten der meisten Nervenzellen auf verschiedene Phasen des Spiels des spezifischen Spielkontextes wiederspiegeln. Diese Arbeit liefert durch ihren ethologischen Ansatz und durch Verhaltensanalysen von sich frei verhaltenden Tieren einen wichtigen Beitrag zum besseren Verständnis neuronaler Grundlagen von Navigation im Säugetiergehirn. / Navigation is an essential cognitive skill in the life of most animals. Animals move along space to procure the advantages of different places in the environment, and to adapt to ever changing resources, dangers and needs. This thesis addresses the neural bases of navigation in the context of brain structure (i.e. the parasubiculum) and ethologically relevant behaviors (i.e. homing and playing). In the first chapter I focus on the structure function relation of the parasubiculum: an understudied area of the rat’s parahippocampal cortex. We performed the most comprehensive study of the parasubiculum up to date and propose that, because of its selective connectivity with the medial entorhinal cortex, its internal connectivity, and the high spatial and head directional tuning of its neurons, the parasubiculum sits in remarkable position to control grid cell activity and navigation. In the second chapter, I study the neural bases of homing. We use the lab-rat' s strong attachment to its home cage to study whether brains maintain an online home vector. We show, that the parasubiculum and medial entorhinal cortex do not have an explicit home vector representation, and that the presence of home did not affect global encoding of space. However, we do find that grid cells are distorted by the home or other geometrical features affecting the internal environment. In the third chapter, I study navigation in an interspecies role-playing game. We played 'Hide and Seek' with rats and found that they acquired the game easily and played by the rules. Rats were strategic and developed game specific vocalizations patterns. We recorded from the medial prefrontal cortex and found that neurons respond sharply to different phases of the game, and may encode as well the context in which this events take place. By emphasizing ethological approaches and free behaviors this thesis contributes to an increased understanding of the neural underpinnings of navigation in the mammalian brain.

La presente tesis estudia, propone y realiza sus principales aportaciones en el campo del control para el convertidor CC/CA de tres niveles, sobre la topología denominada Neutral-Point-Clamped, aunque se puede extender a otras topologías y/o número de niveles. Se presenta una metodología de modelado que emplea funciones de conmutación de fase, el operador de promediado y la transformación D-Q, tal que los modelos obtenidos en el dominio D-Q contienen una información completa sobre la dinámica del sistema. La estrategia de conmutación se puede entender como una extensión de la estrategia PWM senoidal de dos a tres niveles. Esta estrategia es simple y no realiza el control de ninguna de las variables del sistema. En esta tesis, el controlador se encarga de regular todas las variables del sistema, incluido el equilibrio del bus de continua. Este es un enfoque diferente del convencional, donde el equilibrio del bus de continua se consigue mediante la elección adecuada de los estados redundantes del convertidor en la estrategia de conmutación, mientras que el resto de variables se regulan a través del controlador. Para la realización del controlador, se propone la técnica de control lineal multivariable LQR (Linear Quadratic Regulator), complementada con la técnica de control no lineal adaptativo denominada programación de ganancia (Gain Scheduling). Se presenta, además, una metodología de cálculo del controlador. Este control es versátil, abierto y adaptable. En cualquier caso, el controlador se puede adaptar a las necesidades concretas de cada aplicación. El cálculo del controlador se realiza mediante simulación con MatLab-Simulink. Los modelos matemáticos que emplean las funciones de conmutación del convertidor son aquellos que ofrecen un mejor compromiso entre velocidad de simulación y precisión. Para validar el control propuesto, se ha diseñado y construido un equipo experimental donde el controlador se ha mostrado aplicable, útil y eficaz en la regulación de las distintas cargas y aplicaciones experimentadas, incluso con carga no lineal, bajo diferentes condiciones de trabajo y variables a controlar, tanto en régimen permanente como en procesos transitorios. La rapidez y calidad de la respuesta transitoria es comparable a la de otros sistemas de control publicados. Es especialmente interesante el excelente control conseguido del equilibrio del bus de continua. Además, la robustez del control permite cancelar el error estacionario aunque diferentes parámetros del sistema presenten desviaciones significativas respecto los valores esperados. El uso de la programación de ganancia junto con la técnica LQR se ha mostrado muy efectivo, puesto que permite realizar diferentes tipos de control. Se ha comprobado la congruencia entre simulaciones y resultados experimentales obtenidos, lo que valida los modelos de simulación empleados y el proceso de diseño del controlador mediante simulación. / This dissertation study, propose and carry out the main contributions in the field of three-level inverter control, using the topology Neutral-Point-Clamped, although results can be extended to other topologies and/or number of levels. A procedure for modelling is presented, based on line-switching functions, moving average operator and D-Q transformation. Then, the obtained models in D-Q frame contain complete information about system dynamics. Switching strategy is simple and can be considered as an extension of two-level sinusoidal PWM to three level. The system variables are not controlled by the switching strategy. In this work, all the system variables are controlled by the regulator, including DC-link balance. This control approach is different than the conventional one, where DC-link balance is achieved by means of a proper selection of redundant states in the switching strategy, and the other variables are controlled by the regulator. The regulator is based on the multivariable linear control technique LQR (Linear Quadratic Regulator), in combination with the non-linear adaptive control technique Gain Scheduling. Moreover, a methodology for the calculation of the controller is presented. This controller is versatile, open and adaptable. However, the controller can be built depending on the concrete specifications of each application. The controller is calculated by means of simulation using MatLab-Simulink. The mathematical models based on the switching functions of the converter give the best trade-off between simulation speed and precision. In order to validate the proposed controller, an experimental prototype has been designed and implemented. Experimental results show that the controller is useful and effective for the regulation of different loads and applications, even with non-linear loads, different operation points and variables to control, in steady-state and transitory operation. Dynamic response speed and quality are similar to other control systems in the literature. The DC-link balance control achieved is specially interesting. Furthermore, steady-state error is cancelled due to the robustness of the controller, even though significant deviation of different system parameters are present. The use of Gain-Scheduling in combination with LQR is effective, allowing the calculation of regulators with different control strategies. Good agreement between simulations and experimental results has been found. This result validates simulation models and the design method for the controller, based on simulations.