Tese de doutoramento. Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

Cada vez mais, RNAs longos não codificadores (lncRNAs) surgem como importantes reguladores da biologia celular, principalmente em processos de diferenciação durante o desenvolvimento. O interesse no estudo das funções e mecanismos de atuação dessa classe de transcritos durante esses processos é crescente, e mostra-se bastante relevante no processo de diferenciação neural, pelo qual são gerados neurônios e células da glia. A linhagem celular P19, uma célula pluripotente advinda de um tipo de carcinoma embrionário murino, é bem consolidada como modelo in vitro de diferenciação neural. Após tratamento com ácido retinóico, ela é capaz de se diferenciar em neurônios e células da glia (astrócitos e oligodendrócitos). Em busca de evidências que indiquem a atuação de lncRNAs durante o processo de diferenciação neural, nosso grupo realizou experimentos utilizando microarranjos para averiguar os níveis de expressão gênica de lncRNAs e genes codificadores de proteínas (mRNAs) durante a diferenciação de células P19 em neurônios (predominância após 10 dias de diferenciação) e glia (predominância em 14 dias de diferenciação). Em um primeiro momento foi realizada a reanotação das sondas referentes a esses lncRNAs da plataforma de microarranjo, visto que as informações presentes nos arquivos de anotação da mesma eram muito escassas e desatualizadas. Registros de lncRNAs e mRNAs foram obtidos a partir de bancos de dados públicos para esse fim, e ao final dessa etapa aproximadamente 25,0% das sondas que não tinham uma anotação foram reanotadas com identificadores advindos desses bancos de dados. A partir dos dados de expressão, foram identificados todos os lncRNAs e mRNAs que apresentaram expressão diferencial entre as diferentes condições estudadas. As informações dos mRNAs diferencialmente expressos foram então utilizadas para a realização de análises de enriquecimento de categorias gênicas do Gene Ontology, nas ontologias de processo biológico e função molecular. A partir das sondas reanotadas, foram realizadas análises de coexpressão entre lncRNAs e mRNAs. A partir do cruzamento das informações obtidas, foram selecionados lncRNAs que através dos princípios de guilt by association se mostraram propensos a desempenharem um papel regulatório na diferenciação neural. Assim, as informações geradas nesse trabalho servirão como base para estudos futuros de validação funcional desses lncRNAs. / Increasingly, long noncoding RNAs (lncRNAs) emerge as important regulators of cell biology, especially in differentiation processes during development. The interest in the study of functions and mechanisms of action of this class of transcripts during these processes is growing, and shows quite relevant in the neural differentiation process by which neurons and glia are generated. The P19 cell line, pluripotent cells arising from a type of murine embryonal carcinoma, is well established as an in vitro model of neural differentiation. After treatment with retinoic acid, it is capable of differentiating into neurons and glial cells (astrocytes and oligodendrocytes). In search of evidence that indicate the action of lncRNAs during the neural differentiation process, our group conducted experiments using microarrays to assess gene expression levels of lncRNAs and protein coding genes (mRNAs) during differentiation of P19 cells into neurons (mainly after 10 days of differentiation) and glial cells (mainly after 14 days of differentiation). At first was performed the reannotation of the probes relating to these microarrays lncRNAs, as the information provided in the annotation files were very scarce or outdated. LncRNAs and mRNAs records were obtained from public databases for this purpose, and at the end of this stage approximately 25.0% of the probes without annotation were reannotated with identifiers arising from these databases. From the expression data, we identified all lncRNAs and mRNAs that showed differential expression between the different studied conditions. The information of differentially expressed mRNAs were then used to perform Gene Ontology enrichment, in the ontologies biological process and molecular function. From the reannotated probes, coexpression analyses were performed for lncRNAs and mRNAs. From the crosscheck of information obtained, we selected those lncRNAs that by the principles of guilt by association proved likely to play a regulatory role in neural differentiation. Thus, the information generated in this study will serve as a basis for future studies of functional validation of these lncRNAs.

O splicing alternativo do pré-mRNA de BCL-X produz duas isoformas de mRNAs com funções antagônicas, a pró-apoptótica BCL-XS e a anti-apoptótica BCL-XL, cujo balanço regula a homeostasia celular. Entretanto, o mecanismo que regula esse processamento ainda é desconhecido. Nesse trabalho, nós identificamos e caracterizamos um longo RNA não codificador de proteínas (lncRNA) nomeado INXS, que é transcrito a partir da fita oposta do locus genômico de BCL-X, sendo menos abundante em linhagens celulares tumorais e tecidos tumorais de pacientes quando comparados com os respectivos pares não tumorais. INXS é um RNA unspliced de 1903 nts, é transcrito pela RNA Polimerase II, possui cap 5\', está enriquecido na fração nuclear das células e se liga à proteína Sam68 do complexo modulador de splicing. O tratamento de células tumorais 786-O com cada um de três agentes indutores de apoptose aumentou a expressão endógena do INXS, levando ao aumento expressivo da proporção entre os mRNAs de BCL-XS / BCL-XL, e ativação das caspases 3, 7 e 9. Estes efeitos foram anulados na presença do knockdown do INXS. Da mesma forma, a superexpressão ectópica do INXS causou uma mudança no splicing favorecendo a isoforma BCL-XS e ativação das caspases, aumentando os níveis da proteína BCL-XS e conduzindo as células à apoptose. Utilizando um modelo in vivo, cinco injeções intra-tumorais do INXS durante 15 dias causaram uma regressão acentuada no volume dos xenotumores. Portanto, INXS é um lncRNA que induz a apoptose, sugerindo que essa molécula seja um possível alvo a ser explorado na terapia contra o câncer. / BCL-X mRNA alternative splicing generates pro-apoptotic BCL-XS or anti-apoptotic BCL-XL, whose balance regulates cell homeostasis. However, the mechanism that regulates the splice shifting is incompletely understood. Here, we identified and characterized a long noncoding RNA (lncRNA) named INXS, transcribed from the opposite genomic strand of BCL-X, that was less abundant in tumor cell lines and patient tumor tissues compared with non-tumors. INXS is an unspliced 1903 nt-long RNA, is transcribed by RNA Polymerase II, 5\'-capped, nuclear enriched and binds Sam68 splicing-modulator. The treatment of tumor cell line 786-O with each of three apoptosis-inducing agents increased endogenous INXS lncRNA, increased BCL-XS / BCL-XL mRNA ratio, and activated caspases 3, 7 and 9. These effects were abrogated in the presence of INXS knockdown. Similarly, ectopic INXS overexpression caused a shift in splicing towards BCL-XS and activation of caspases, increasing the levels of BCL-XS protein and then leading the cells to apoptosis. In a mouse xenograft model, five intra-tumor injections of INXS along 15 days caused a marked regression in tumor volume. INXS is an lncRNA that induces apoptosis, suggesting that INXS is a possible target to be explored in cancer therapies.

No final do século passado, avanços ocorridos no campo da Biologia Molecular levantaram questionamentos sobre como organismos complexos, com poucos genes a mais que organismos relativamente mais simples, regulariam seu desenvolvimento e funções celulares tão mais intrincadas. A descoberta dos RNAs não codificadores de proteínas e suas funções lançou nova luz ao entendimento da regulação da expressão gênica em organismos superiores. Apesar do conhecimento adquirido nos últimos anos, pouco ainda é sabido sobre a regulação destes RNAs. MicroRNAs, por outro lado, são uma espécie bem estudada de pequenos RNAs preditos como possíveis reguladores de mais de 60 % dos genes codificadores de proteínas no genoma humano, considerados importantes reguladores da expressão gênica em nível pós-transcricional. O presente projeto estudou a possível regulação do gene não codificador de proteínas TUG1, envolvido em proliferação celular e apoptose, por miRNAs e o papel desta regulação em processos tumorigênicos. Para isto foram utilizadas técnicas que superexpressaram e silenciaram miRNAs e técnicas de PCR quantitativo em tempo real para medir o nível de TUG1 nas amostras tratadas. Verificou-se a possibilidade de regulação do TUG1 por microRNAs em diferentes linhagens celulares sendo que, no entanto, esta regulação não parece ser importante em nível fisiológico / At the end of the last century, advances occurred in the Molecular Biology field raised questions about how complexes organisms, with few more genes than relatively simpler organisms, regulate it so intricate development and cellular functions. The discovery of long non-protein coding RNAs and it functions gave light to the understanding of gene expression regulation in superior organisms. Despite the knowledge acquired in the last years, few is yet known about the regulation of these RNAs. MicroRNAs, other way, are a well-studied tiny RNAs specie. They are predicted as possible regulators of more than 60 % of protein-coding genes in the human genome and considered important regulators of gene expression regulation at post-transcriptional level. This project studied the possible regulation of the non protein-coding gene TUG1, involved in cell proliferation and apoptosis, by microRNAs and the role of this regulation in tumorigenic processes. In order to do this we used techniques that superexpressed and silenced miRNAs and techniques of real time quantitative PCR to measure the TUG1 levels in the treated samples. We find the possibility of regulation of TUG1 by microRNAs in different cell lineages but this regulation does not seems to be important in a physiologic context.

O gene supressor tumoral RASSF1A tem sido associado com redução da proliferação celular em diversos tumores. Sua expressão é regulada por eventos epigenéticos que envolvem o complexo repressivo polycomb (PRC2), no entanto os mecanismos moleculares da modulação do recrutamento deste modificador epigenético para este locus ainda são desconhecidos. Neste trabalho identificamos e caracterizamos ANRASSF1, um RNA não codificador longo (lncRNA) intrônico unspliced, que é transcrito na fita oposta do gene RASSF1A, em várias linhagem celulares e tecidos, e se liga a PRC2. ANRASSF1 é transcrito pela RNAPII, possui cap-5´ e cauda poli-A, além de localizar-se no núcleo e possuir uma meia-vida em média quatro vezes menor comparada com outros lncRNAs ligados à PRC2. A super-expressão ectópica de ANRASSF1 reduziu os níveis de RASSF1A e aumentou a taxa de proliferação em células HeLa, enquanto seu silenciamento provocou efeito oposto. Essas mudanças nos níveis de ANRASSF1 não afetaram a abundância da isoforma RASSF1C em nenhuma das condições. A super-expressão de ANRASSF1 provocou um grande aumento tanto da ocupação de PRC2 como da marca de histona repressiva H3K27me3 especificamente na região promotora RASSF1A. Nenhum efeito da super-expressão de ANRASSF1 foi detectado na ocupação de PRC2 e na histona H3K27me3 nas regiões promotoras de RASSF1C e de outros quatro genes vizinhos, incluindo dois genes supressores tumorais bem caracterizados. Além disso, foi demonstrado que ANRASSF1 forma um híbrido de RNA/DNA e recruta SUZ12, um componente do PRC2, para o promotor de RASSF1A. Notavelmente, foi detectado pelo ensaio de RNase-ChIP que a degradação de ANRASSF1 diminui a ocupação de PRC2 neste promotor. Esses resultados demonstram um novo mecanismo de repressão epigenética do supressor tumoral RASSF1A, envolvendo um lncRNA unspliced antissenso, onde ANRASSF1 reprime seletivamente a expressão da isoforma de RASSF1 que sobrepõe o transcrito antissenso de modo local e específico. Considerando uma perspectiva mais ampla, nossos resultados sugerem que outros lncRNAs intrônicos unspliced não caracterizados no genoma humano podem contribuir para uma modulação epigenética local e específica de cada região em que os lncRNAs são transcritos. / Tumor-suppressor RASSF1A gene down-regulation has been implicated in increasing cell proliferation in several tumors. Its expression is regulated by epigenetic events involving polycomb repressive complex 2 (PRC2), however the molecular mechanisms modulating recruitment of this epigenetic modifier to the locus remain largely unknown. Here, we identify and characterize ANRASSF1, an endogenous unspliced long noncoding RNA (lncRNA) that is transcribed from the opposite strand of RASSF1 gene in several cell lines and tissues, and binds to PRC2. ANRASSF1 is transcribed by RNA Polymerase II, 5\'-capped, polyadenylated, displays nuclear localization, and has on average a four-fold shorter half-life compared to other lncRNAs that bind PRC2. ANRASSF1 ectopic overexpression decreases RASSF1A abundance and increases the proliferation rate of HeLa cells, whereas its silencing causes opposite effects. These changes in NRASSF1 levels do not affect RASSF1C isoform abundance. ANRASSF1 overexpression causes a marked increase both in PRC2 occupancy and in histone H3K27me3 repressive mark specifically at the RASSF1A promoter region. No effect of ANRASSF1 overexpression is detected on PRC2 occupancy and on histone H3K27me3 at the promoter regions of RASSF1C and of four other neighbor genes, including two well-characterized tumor suppressor genes. Additionally, we demonstrate that ANRASSF1 forms an RNA/DNA hybrid, and recruits SUZ12, a PRC2 component, to the RASSF1A promoter. Notably, depletion of ANRASSF1 disrupts SUZ12 occupancy on RASSF1A promoter as measured by RNAse-ChIP assay. Together, these results show a new mechanism of epigenetic repression of RASSF1A tumor suppressor gene involving an antisense unspliced lncRNA, in which ANRASSF1 selectively represses expression of the RASSF1 isoform overlapping the antisense transcript in a location-specific manner. In a broader perspective, our findings suggest that other non-characterized unspliced intronic lncRNAs transcribed in the human genome may contribute to a location-specific epigenetic modulation of genes.

A hipertensão essencial é uma doença que afeta cerca de 20% da população adulta, chegando a 50% no caso dos idosos, sendo que os mecanismos de sua gênese ainda não são totalmente conhecidos. O objetivo deste trabalho é investigar a expressão de dois genes relacionados aos mecanismos renais de controle da pressão arterial em três áreas do sistema nervoso central de ratos (bulbo dorsal, bulbo ventrolateral e hipotálamo) através da técnica de PCR em tempo real, avaliando, desta forma seu possível envolvimento nos mecanismos centrais relacionados à gênese da hipertensão em ratos espontaneamente hipertensos. Um deles, o gene SAH, cujo papel ainda não foi totalmente caracterizado, tem apresentado taxas de transcrição mais altas em ratos espontaneamente hipertensos (SHR) em relação aos correspondentes normotensos WKY. O segundo gene, codificador da proteína associada ao receptor AT1 da angiotensina II (ATRAP) está relacionado com a internalização destes receptores, tendo, portanto, uma grande importância nos mecanismos reguladores da pressão arterial. Nossos resultados mostram, pela primeira vez, a transcrição de ambos os genes nas três áreas do sistema nervoso relacionadas com o controle central da pressão arterial. Ainda não foi possível estabelecer uma relação entre a expressão do gene SAH com o desenvolvimento da hipertensão em qualquer dos estágios do desenvolvimento da linhagem SHR. O gene codificador da proteína ATRAP apresentou um aumento de expressão nos ratos hipertensos entre 1 e 2 meses de idade, período importante na gênese da hipertensão nesta cepa. Desta forma, este estudo demonstra a expressão de dois genes caracterizados previamente nos rins em áreas importantes para a regulação central da pressão arterial em diferentes períodos de desenvolvimento de ratos SHR e WKY. / Essential hypertension is a disease that affects nearly 20% of the adult population, reaching 50% of the elder, and the mechanisms of its genesis are not yet completely know. This work aim to investigate two genes related to the renal mechanisms of blood pressure in three areas of central nervous system (dorsal bulb, ventrolateral bulb and hypothalamus) by means of real time PCR, in order to valuate their possible involvement in the central mechanisms of blood pressure control. One of them is the SAH gene, whose role remains to be clarified. It has higher transcription rates in hypertensive rats (SHR) than in the correspondent normotensives WKY. The other gene codifies the angiotensin II type 1 receptor associated protein (ATRAP) inducing its internalization. Thus, besides the transcriptional differences of the ATRAP protein between SHR and WKY rats, the ATRAP codifying gene is linked to blood pressure control played by means rennin-angiotensin system through AT1 receptors. Our results provide evidence for the first time, on the expression of both genes in areas of the nervous system involved with the central blood pressure regulation. It was not possible to establish a relationship between the SAH gene expression and the development of hypertension in the SHR rat. The expression of the ATRAP codifying gene was increased in the SHR between 1 and 2 months of age, which is an important period for hypertension development in this strain. Thus, this study shows the expression of SAH gene and ATRAP codifying gene in areas of nervous system of SHR and WKY important for the central regulation of blood pressure.

Recentemente, tem sido demonstrado que a maioria dos RNAs transcritos em células humanas são RNAs não-codificadores de proteínas (ncRNAs) originados de íntrons ou regiões intergênicas. Em trabalhos anteriores realizados por nosso grupo, foram descritos longos ncRNAs transcritos de regiões intrônicas de genes codificadores e cuja expressão foi correlacionada ao grau de diferenciação de tumores de próstata, apontando para a relevância fisiológica desta classe de transcritos. Apesar de sua abundância, as propriedades, funções e regulação da grande maioria dos ncRNAs ainda não foram elucidadas. O objetivo do presente trabalho foi investigar a biossíntese de ncRNAs intrônicos em células humanas, primordialmente a contribuição da RNA Polimerase II (RNAP II), bem como aspectos de sua regulação. Primeiramente, o modelo de regulação da expressão gênica por hormônio andrógeno foi utilizado para avaliação da participação direta de um fator de transcrição de RNAP II, o Receptor de Andrógeno (AR), na modulação da transcrição de ncRNAs intrônicos. Utilizando-se a técnica de imunoprecipitação da cromatina, foi detectada a ligação do AR ao elemento de resposta a andrógeno (ARE) presente em um possível promotor de um transcrito intrônico antisenso (derivado do locus Myo5A), cuja expressão é aumentada em células da linhagem LNCaP tratadas com o hormônio. A ligação ao ARE foi induzida pelo tratamento, sugerindo que o efeito do andrógeno na expressão do ncRNA é mediado pelo AR. Em uma segunda abordagem, o efeito da inibição da transcrição por RNAP II com α-amanitina por 24 h em células LNCaP foi avaliado com o uso de microarranjos de oligonucleotídeos representando transcritos total ou parcialmente intrônicos, além de éxons de genes codificadores. A expressão de menos de 20 % dos transcritos intrônicos foi afetada, fração significativamente menor que a observada para os transcritos exônicos (40 %). Ainda que a maioria dos ncRNAs intrônicos diferencialmente expressos tenha sua abundância diminuída, interessantemente, 13 a 16 % foram aumentados, contrastando com aproximadamente 2 a 3 % de exônicos que aumentaram. Os resultados obtidos neste trabalho indicam que a RNAP II atua na transcrição de ncRNAs intrônicos, mas que uma fração considerável pode ser transcrita por outra RNA Polimerase. / It has been recently shown that the bulk of the transcription in human cells is comprised of non-protein-coding RNAs (or noncoding RNAs - ncRNAs) transcribed from introns and intergenic regions of the genome. Previous work from our group has demonstrated that expression of long intronic ncRNAs can be correlated to the degree of prostate tumor differentiation, underscoring the physiological relevance of these transcripts. However, the properties, functions, and regulation of this huge population of ncRNAs remain largely unknown. The present work aimed to investigate the biosynthesis of intronic ncRNAs and aspects of its regulation in human cells, focusing on the contribution of RNA Polymerase II (RNAP II). Initially, the model of regulation of gene expression by androgen hormone was used in order to evaluate the participation of the RNAP II transcription factor Androgen Receptor (AR) in the transcriptional regulation of intronic ncRNAs. Chromatin immunoprecipitation experiments revealed the binding of the AR in an androgen response element (ARE) present in a putative promoter driving the expression of an antisense intronic transcript in Myo5A locus in LNCaP cells. The interaction occurred in an androgen-inducible fashion, along with the up-regulation of the transcript, suggesting that hormone activation occurred in a direct manner mediated by the AR. In a different approach, the effect of RNAP II inhibition with α-amanitin for 24 h in LNCaP cells was analyzed using an oligoarray representing totally and partially intronic transcripts, as well as exons of proteincoding genes. The expression of less than 20 % of the intronic transcripts was affected by the treatment, contrasting to a significantly higher fraction observed for exonic messages (40 %). Moreover, most differentially expressed intronic transcripts were down-regulated, but strikingly 13 to 16 % were up-regulated in cells with blocked RNAP II, while this fraction for exonic transcripts was about 2 %. The results described here demonstrate that RNAP II in fact plays a role in intronic transcription in human cells, but also highlight that another transcriptional system may account for the biogenesis of a fraction of intronic ncRNAs.

Os codificadores preditivos de voz por analise-mediante-síntese vem sendo amplamente aplicados em telefonia móvel celular e em telecomunicações sigilosas. A predição linear do sinal de voz e as técnicas de análise-mediante-síntese são apresentadas de forma a relacionar algumas características perceptivas da audição humana as técnicas e parâmetros usados no processamento de sinais. Esta classe de codificadores e descrita no contexto do codificador preditivo excitado por códigos. Estruturas especiais do codificador tais como livros de códigos adaptativos, esparsos e definidos por base vetorial são abordadas bem como melhoramentos de processamento tais quais as buscas com ortogonalidade. Propõe-se um novo codificador, o codificador preditivo linear com excitação decomposta em vetores singulares, que complementa uma representação recentemente anunciada da excitação da voz com buscas em livros de códigos adaptativos. Os resultados de um estudo de codificadores principais desta classe são apresentados. A analise comparativa baseia-se em medidas objetivas temporais e espectrais. Um estudo suplementar de seleção espectral das características da excitação e de quantização do conjunto completo de parâmetros do codificador proposto revelou resultados interessantes sobre a representação espectral adaptativa e sobre a sensibilidade a quantização das características da excitação. / Analysis-by-synthesis linear predictive speech coders are widely applied in mobile and secure telecommunications. Linear prediction of speech signals and analysis-by-synthesis techniques are presented so that some perceptual features of human hearing may be related to signal processing techniques and parameters. The basic operation of this class of coders is described in the framework of the code-excited predictive coder. Special coder structures such as adaptive, sparse and vector-basis codebooks are introduced as well as processing enhancements such as orthogonal searches. A recently introduced representation of voice excitation is complemented by adaptive codebook searches to give rise to the new proposed coder, the singular-vector-decomposed excitation linear predictive coder. The sults of a study of some important coders in this class is present. The coders are compared on the basis of waveform and spectral objective distortion measures. A further study of spectral selection of excitation features, and quantization of the whole set of parameters is performed on the proposed coder. Some interesting results are described concerning the adaptive spectral representation and the sensitivity to quantization of the excitation features.

Submitted by Kamila Costa (kamilavasconceloscosta@gmail.com) on 2015-06-15T22:12:07Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao-Wheidima C de Melo.pdf: 2703087 bytes, checksum: e6e1c33a03cbfdb7ab483f0f6f9e6dc7 (MD5) / Approved for entry into archive by Divisão de Documentação/BC Biblioteca Central (ddbc@ufam.edu.br) on 2015-06-16T15:15:11Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertacao-Wheidima C de Melo.pdf: 2703087 bytes, checksum: e6e1c33a03cbfdb7ab483f0f6f9e6dc7 (MD5) / Approved for entry into archive by Divisão de Documentação/BC Biblioteca Central (ddbc@ufam.edu.br) on 2015-06-16T15:16:09Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertacao-Wheidima C de Melo.pdf: 2703087 bytes, checksum: e6e1c33a03cbfdb7ab483f0f6f9e6dc7 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-06-16T15:16:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao-Wheidima C de Melo.pdf: 2703087 bytes, checksum: e6e1c33a03cbfdb7ab483f0f6f9e6dc7 (MD5) Previous issue date: 2014-06-27 / Não Informada / Traditionally, electromyographic signals are compressed to one-dimensional techniques, which are specifically developed for this purpose. However, some studies have shown that the compression of biological signals such as images, via its pre-processing and rearrangement on a two-dimensional array, can lead to good results. The present work an investigation of the compression electromyographic signals like images, three main contributions: the use of new encoders, the development of new pre-processing techniques and modification of the coding core of a specific compressor, so that existing redundancies are better exploited. With respect to the pre-processing of the signal, two new techniques are introduced: ordering a percentage difference and targeting similarity which have the potential to increase the performance of encoded pictures. Optionally for compression of electromyographic signals, propose to the high efficiency video coding encoder, which features state of the art in video compression. Furthermore, an investigation of the paradigm that uses recurrence multiscale standards, known as multidimensional multiscale parser, is also presented. In summary, the encoder adapts to working with the biological signal by replacing its prediction techniques to improve the exploitation of redundancy, the result of which is termed Bio-MMP. The experiments performed with real electromyographic signals show that the proposed techniques are effective, providing better results than the state of the art in the literature. / Tradicionalmente, sinais eletromiográficos são comprimidos com técnicas unidimensionais, que são desenvolvidas especificamente para esse fim. No entanto, alguns trabalhos têm demonstrado que a compressão de sinais biológicos como imagens, através do seu pré-processamento e rearranjo em uma matriz bidimensional, pode levar a bons resultados. O presente trabalho apresenta uma investigação sobre a compressão de sinais eletromiográficos como imagens, com três principais contribuições: a utilização de novos codificadores, o desenvolvimento de novas técnicas de pré-processamento e a modificação do núcleo de codificação de um compressor específico, de modo que as redundâncias existentes sejam melhor exploradas. No que diz respeito ao pré-processamento do sinal, duas novas técnicas são introduzidas: a ordenação por diferença percentual e a segmentação por similaridade, que apresentam o potencial de aumentar o desempenho do codificados de imagens. Como opção para compressão de sinais eletromiográficos, propõem-se o codificador high efficiency video coding, que apresenta o estado da arte em compressão de vídeo. Além disso, uma investigação do paradigma que utiliza recorrência de padrões multiescalas, conhecido como multidimensional multiscale parser, também é apresentada. Em resumo, adapta-se o codificador para trabalhar com o sinal biológico, através da substituição das suas técnicas de predição, de modo a melhorar a exploração de redundâncias, cujo resultado é denominado de MMP-Bio. Os experimentos realizado com sinais eletromiográficos reais mostram que as técnicas propostas são eficazes, proporcionando resultados superiores ao estado da arte presente na literatura.

Os codificadores preditivos de voz por analise-mediante-síntese vem sendo amplamente aplicados em telefonia móvel celular e em telecomunicações sigilosas. A predição linear do sinal de voz e as técnicas de análise-mediante-síntese são apresentadas de forma a relacionar algumas características perceptivas da audição humana as técnicas e parâmetros usados no processamento de sinais. Esta classe de codificadores e descrita no contexto do codificador preditivo excitado por códigos. Estruturas especiais do codificador tais como livros de códigos adaptativos, esparsos e definidos por base vetorial são abordadas bem como melhoramentos de processamento tais quais as buscas com ortogonalidade. Propõe-se um novo codificador, o codificador preditivo linear com excitação decomposta em vetores singulares, que complementa uma representação recentemente anunciada da excitação da voz com buscas em livros de códigos adaptativos. Os resultados de um estudo de codificadores principais desta classe são apresentados. A analise comparativa baseia-se em medidas objetivas temporais e espectrais. Um estudo suplementar de seleção espectral das características da excitação e de quantização do conjunto completo de parâmetros do codificador proposto revelou resultados interessantes sobre a representação espectral adaptativa e sobre a sensibilidade a quantização das características da excitação. / Analysis-by-synthesis linear predictive speech coders are widely applied in mobile and secure telecommunications. Linear prediction of speech signals and analysis-by-synthesis techniques are presented so that some perceptual features of human hearing may be related to signal processing techniques and parameters. The basic operation of this class of coders is described in the framework of the code-excited predictive coder. Special coder structures such as adaptive, sparse and vector-basis codebooks are introduced as well as processing enhancements such as orthogonal searches. A recently introduced representation of voice excitation is complemented by adaptive codebook searches to give rise to the new proposed coder, the singular-vector-decomposed excitation linear predictive coder. The sults of a study of some important coders in this class is present. The coders are compared on the basis of waveform and spectral objective distortion measures. A further study of spectral selection of excitation features, and quantization of the whole set of parameters is performed on the proposed coder. Some interesting results are described concerning the adaptive spectral representation and the sensitivity to quantization of the excitation features.