Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2017-03-09T12:11:00Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertacao_LeonardoDallaPorta.pdf: 4244662 bytes, checksum: 214ab17f2ee3583441af553e0a0a7931 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-09T12:11:00Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertacao_LeonardoDallaPorta.pdf: 4244662 bytes, checksum: 214ab17f2ee3583441af553e0a0a7931 (MD5) Previous issue date: 2016-08-26 / FACEPE / Avalanches neuronais, assim como oscilações e sincronização, são padrõesde atividade espontânea observados em redes neuronais. O conceito de avalanches neuronais foi concebido na última década.EssepadrãodeatividadetemdistribuiçõesdetamanhosP(s)eduraçõesP(d)invariantes por escala, i.e., obedecem relações do tipo lei de potênciaP(s)∼s−τ, com expoenteτ≃3/2, e P(d)∼d−τt, com expoenteτt ≃2, respectivamente. Essas propriedades são compatíveis com a ideia de que o cérebro opera em um regime crítico. A partir dessas constatações, muitos estudos teóricos e experimentais reportaram os potenciais benefícios de um cérebro operando na criticalidade, como por exemplo a máxima sensibilidade aos estímulos sensoriais, máxima capacidade de informação e transmissão e uma ótima capacidade computacional. Modelos da classe de universalidade de percolação direcionada (DP) têm sido amplamente utilizados para explicar a estatística invariante por escala das avalanches neuronais. Porém estes modelos não levam em consideração a dinâmica dos neurônios inibitórios e, além disso, como apresentam uma transição de fase entre um estado absorvente e uma fase ativa, torna-se difícil conciliar o modelo com correlações temporais de longo alcance que são observadas experimentalmente em diferentes escalas espaciais. Neste contexto, um novo modelo computacional (CROs, do original em inglês Critical Oscillations) surgiu na literatura (Poil et al., J. Neurosci.,32 9817, 2012), incluindo neurônios inibitórios e buscando conciliar correlações temporais com avalanches neuronais. Neste modelo não há uma fase absorvente, e uma suposta transição de fases ocorre entre uma fase ativa e outra com oscilações coletivas. Devido à ausência de uma fase absorvente, avalanchesneuronaissãodefinidascomparando-seaatividadeinstantâneadaredecomumlimiar que depende da mediana da atividade total. Justamente na linha crítica do espaço de parâmetros, quandoháumabalançoentreexcitaçãoeinibiçãoneuronal,avalanchesneuronaisinvariantespor escala são observadas juntamente com correlações temporais de longo alcance (ruído 1/f). No presente trabalho, um estudo mais profundo a respeito dos resultados reportados para o modelo CROs foi realizado. As oscilações neuronais mostraram-se robustas para diferentes tamanhos de rede, e observamos que a dinâmica local reflete a dinâmica oscilatória global da rede. Correlações temporais de longo alcance foram observadas (num intervalo de escalas temporais) através da técnica deDetrendedFluctuationAnalysis, sendo robustas perante modificações no tamanho da rede. O resultado foi confirmado pela análise direta do espectro, que apresentou decaimento do tipo 1/f numa determinada faixa de frequências. O diagrama de fases do modelo mostrou-se robusto em relação ao tamanho da rede, mantendo-se o alcance das interações locais. Entretanto,osresultadosmostraram-sefortementedependentesdolimiarutilizadoparadetecção dasavalanchesneuronais.Porfim,mostramosquedistribuiçõesdeduraçõesdeavalanchessãodo tipo lei de potência, com expoenteτt ≃2. Este resultado é inédito e o valor encontrado coincide com o expoente crítico da classe de universalidade de DP na dimensão crítica superior. Em conjunto, nossos resultados fornecem mais evidências de que o modelo CROs de fato apresenta uma transição de fases. / Neuronal avalanches, as well as waves and synchronization, are types of spontaneous activity experimentally observed in neuronal networks. The concept of neuronal avalanches was conceivedinthepastdecade.ThispatternofactivityhasdistributionsofsizeP(s)anddurationP(d) which are scale invariant, i.e., follow power-law relationsP(s)∼s−τ, with exponentτ≃3/2, and P(d)∼ d−τd, with exponentτt ≃ 2, respectively. These properties are compatible with the idea that the brain operates in a critical regime. From these findings, many theoretical and experimental studies have reported the potential benefits of a brain operating at criticality, such as maximum sensitivity to sensory stimuli, maximum information capacity and transmission and an optimal computational capabilities. Models belonging to the directed percolation universality class (DP) have been widely used to explain the scale invariant statistic of neuronal avalanches. However,these modelsdo not take into account the dynamics ofinhibitory neuronsand, since as they present a phase transition between an absorbing state and an active phase, it is difficult to reconcile the model with long-range temporal correlations that are observed experimentally at different spatial scales. In this context, a new computational model (CROs, Critical Oscillations) appeared in the literature (Poil et al., J. Neurosci.,32 9817, 2012), including inhibitory neurons and seeking to reconcile temporal correlations with neuronal avalanches. In this model there is no absorbing phase, and a supposed phase transition occurs between an active phase and another with collective oscillations. Due to the lack of an absorbing phase, neuronal avalanches are defined comparing by the instant network activity with a threshold that depends of the total activity median. Precisely at the critical line in parameter space, when a balance between neuronal excitation and inhibition occurs, scale invariant neuronal avalanches are observed with long-range temporal correlations (1/f-like noise). In the present work, a deeper study about the resultsreportedfortheCROsmodelwasperformed.Neuronaloscillationshavebeenshowntobe robust to increasing network sizes, and it was observed that local dynamic reflects the oscillatory global dynamic of the network. Long-range temporal correlations were observed (in a range of time scales) via Detrended Fluctuation Analysis, being robust against changes in network size. The result was confirmed by direct analysis of the spectrum, which showed a decay like 1/f in a given frequency band. The phase diagram of the model was robust with respect to the network size, as long as the range of local interactions was kept. However, the results were dependent of the thresholdused to detect neuronal avalanches.Finally,we have shown thatthe distributions of avalanches duration follows a power-law with exponentτt ≃2. This result is unprecedented and the value obtainedcoincides with the criticalexponent of the DP universality class in the upper criticaldimension.Together,ourresultsprovidefurtherevidencethatinfacttheCROsmodel presents aphasetransition.

As novas biotecnologias em reprodução, como a transferência de embriões e a fecundação in vitro, de certo modo, despertaram nos produtores e pesquisadores da área de melhoramento animal o interesse na seleção de fêmeas, antes pouco explorada dada a grande ênfase empregada na seleção e avaliação de reprodutores machos. A cada ano é percebido que a pecuária de corte funciona como uma empresa e, como tal, deve-se preocupar com todos os detalhes e não enfocando apenas um, como o mais importante, e é com isso que o Programa de Melhoramento Genético da Raça Nelore (PMGRN-USP) estuda cada vez mais um número maior de características como, stayability e suas possíveis aplicações à seleção das vacas Nelore, pois tem grande importância econômica. Com o objetivo de analisar a característica stayability sob enfoque Bayesiano, em registros de produção de vacas da raça Nelore, inicialmente foram implementados dois tamanhos de cadeia de Gibbs (225 ou 550 mil), dois períodos de descarte amostral (25 ou 50 mil) e duas formas de tomadas de amostra (a cada 1000 ou 250 rodadas). Os registros foram codificados como 0 (fracasso, ou menos de três partos até os 6 anos de idade) ou 1 (sucesso, ou pelo menos três partos até os 6 anos de idade) e os arquivos sofreram restrição ou não para NEP (Número Efetivo de Progênie), para número de touros dentro do grupo de contemporâneos (GC) e exclusão de grupos inteiros com média para a característica igual a 0 ou 1 (ou seja, sem variabilidade dentro do GC). Testaram-se três definições para GC. Utilizou-se o software MTGSAM for threshold (Multiple-Trait Gibbs Sampler for Animal Models), sob modelo unicaráter de touro-avô materno, para obtenção de componentes de (co)variância, estimativas de herdabilidade e soluções para cada touro (que originam as Diferenças Esperadas na Progênie - DEPs). As análises resultaram em amostras com baixa correlação serial, mostraram pequenas diferenças entre as estimativas pontuais de herdabilidade e alta correlação de rank para as DEPs dos 4180 touros avaliados. Adotou-se a implementação tamanho da cadeia/descarte amostral/amostragem como 225mil/25mil/1000 para as análises subseqüentes. A comparação entre estimativas de herdabilidade obtidas sob modelo de limiar e sob modelo linear não mostrou vantagens do primeiro, sendo que análises sob modelo linear, que têm reduzido tempo de processamento, poderiam ser preferidas quando houver muitos registros de produção, bastando transformar as estimativas de herdabilidade para escala subjacente. As comparações, sob modelo linear ajustadas para escala subjacente, entre a stayability padrão (0 ou 1) e a alternativa (considerando o número de partos até os seis anos de idade para aquelas vacas antes codificadas com valor 1), mostraram que podem ocorrer alterações na classificação de um número significativo de touros avaliados, mesmo sendo nas posições intermediárias do rank, talvez pela ligeira capacidade da característica alternativa em detectar variabilidade entre touros. Classificaram-se os 4180 touros em ordem decrescente e foram estudadas as genealogias dos 42 melhores (também chamados de TOP 1% ou aqueles que apresentam DEP para stayability superior a 57,6%) para identificar famílias importantes e avaliar a variabilidade genética da stayability. Além do touro Karvadi Imp. (essencialmente presente como avô, bisavô ou tataravô das mães dos touros TOP1%), outros genearcas com grande representatividade entre os TOP1% foram os touros Godhavari Imp. (via Kurupathy e Neofito), Rolex (via Cardeal), Rastã e Falo da BV (estes últimos pela via materna). / The new reproduction technologies like embryo transfer and in vitro fertilization brought to animal breeding researchers, and producers, a growing interest in the selection of females, which was a subject not well explored before, when the focus used to be only on evaluation and selection of males. The beef cattle industry is becoming more competitive each year, and the producers must think about all the aspects and details that can affect the production process. The PMGRN-USP (Nelore Breeding Program of the São Paulo University) studies a large number of traits to be used as selection criteria. Among these traits, there is stayability, which has a great economic importance. The aim of this project was to analyze the trait stayability, with a Bayesian approach, in a Nelore cattle population. Firstly, the implementation used two lengths of Gibbs chain (225 or 550 thousand), two periods of burn-in (25 or 50 thousand) and two thinning intervals (at each 1000 or 250 rounds). The cows were classified as 0 (failure, or less than three calves until six years of age), or 1 (success, or at least 3 calves until six years of age). The data were, or were not, restricted for NEP (Effective Number of Progeny), for number of sires in the contemporary group (GC), and for lack of variability in the contemporary group. Three different definitions of GC were tested. The software MTGSAM for threshold (Multiple-Trait Gibbs Sampler for Animal Models) was used, under an univariate sire-maternal grandsire model to get the (co)variance components, the heritability estimate and the solutions to each sire (that are used to get the Expected Progeny Differences - EPD). The results showed a low serial correlation in the samples, small differences among heritability estimates and a high rank correlation among the EPD estimates of the 4180 sires evaluated. The implementation 225000/25000/1000 was adopted to the subsequent analysis. The comparison between the heritability estimates obtained under the threshold model and the linear model didn’t show any advantage to the first. The analysis under linear models could be preferred because of its reduced processing time in large data sets, needing only a transformation of the heritability estimates to the underlying scale. The comparisons, under linear model adjusted to the underlying scale, between the standard stayalility (0 or 1) and the alternative (obtained from the perception of the fertility differences among the cows classified as 1) showed a variation in the position of a considerable number of sires in the rank, maybe because the alternative trait gets some additional variation among sires. 4180 sires were classified in a rank and the genealogies of the 42 best sires (or TOP 1%, or the ones with stayability EPD greater than 57,6%) were studied to identify major families and evaluate the genetic variation of stayability. Besides of Karvardi Imp (a bull very present as an ascendant (2, 3 or 4 generations) of the dams of the TOP1% sires), another founder sires with influence among the TOP1% were Godhavari Imp (via Kurupathy and Neofito), Rolex (via Cardeal), Rastã, and Falo da BV (the last two via maternal).

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:01:22Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo2356_1.pdf: 8441876 bytes, checksum: 31a6f5c664996110b64b2134094cdd42 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2009 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Nesta tese, realizamos experiências relacionadas com o armazenamento de informação óptica em um ensemble de átomos frios de césio. A configuração experimental utilizada foi semelhante à de mistura de quatro ondas degenerada resolvida no tempo, usando a geometria conhecida como conjugação de fase óptica. Investigamos, tanto teórica quanto experimentalmente, diversos efeitos coerentes e mostramos explicitamente o armazenamento de uma grade de coerência entre os subníveis Zeeman pertencentes a um nível hiperfino do estado fundamental do césio. Analisamos o comportamento da energia dos pulsos gerados em função das intensidades dos campos envolvidos e observamos diferentes comportamentos de saturação. Em outro experimento, estudamos as correlações de energia entre diferentes modos temporais e espaciais gerados coerentemente pelo meio, o qual permitiu observar que os efeitos de emissão espontânea são predominantes quando cada transição do sistema é acessada com mesma intensidade de leitura. As larguras temporais dos modos envolvidos no processo mostraram ser invariantes quando a intensidade total de leitura se mantém constante. Realizamos também, usando um campo magnético externo, uma investigação sobre a evolução coerente do estado armazenado. Medimos a evolução temporal do sinal difratado em duas condições experimentais distintas: com o campo magnético externo aplicado paralelo e perpendicularmente à direção de propagação dos campos ópticos. Em ambos os casos, observamos uma série de collapses and revivals que estão intimamente relacionados com a precessão de Larmor da grade Zeeman armazenada em torno do campo magnético aplicado externamente. Finalmente, realizamos experiências envolvendo modos do campo eletromagnético que possuem momentum angular orbital (MAO). Demonstramos o armazenamento de estados de MAO e de suas superposições coerentes, bem como sua manipulação com campos magnéticos externos. Mostraremos que o MAO óptico pode ser armazenado, manipulado e recuperado coerentemente a partir do sistema atômico.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5792.pdf: 2150785 bytes, checksum: 967083b129be653705657afbcab00714 (MD5) Previous issue date: 2014-02-27 / Universidade Federal de Sao Carlos / This thesis consists of three studies in the context of cavity quantum electrodynam- ics. Firstly, we investigate the quantum-to-classical transition of a dissipative cavity .eld by measuring the correlations between two non-interacting atoms coupled to the cavity mode. We note that there is a time window in which the mode presents a classical be- havior, which depends on the cavity decay rate, the atom-.eld coupling strength and the number of atoms. Then, considering the steady state of two atoms inside the cavity, we note that the entanglement between the atoms disappears while the intracavity mean number of photons (ñ) increases. However, the mutual information, the classical corre- lations and the quantum discord reach asymptotic non-zero values even in the limit of (continue...) / Esta tese é constituída por três estudos no contexto de Eletrodinâmica Quântica de Cavidades. Primeiramente, investigamos a transição quântico-clássica de um campo de uma cavidade dissipativa através da geração de correlação entre dois átomos de dois níveis não interagentes acoplados a um modo da cavidade. Em primeiro lugar, mostramos que há uma janela de tempo na qual o modo da cavidade exibe um comportamento clássico, que depende da taxa de decaimento da cavidade, do acoplamento átomo-campo e do número de átomos. Em seguida, considerando o regime estacionário, vemos que o emaranhamento entre os átomos desaparece à medida que o número médio de fótons intracavidade (ñ) é aumentado. Entretanto, a informação mútua, as correlações clássicas e a discórdia quântica atingem valores assintóticos não nulos mesmo no limite (continua...)