Orientador: Vivian Vanessa França / Banca: Erica regina Filletti Nascimento / Banca: Tamiris trevisani Negri / Resumo: A superfluidez convencional, cuja descrição foi desenvolvida em 1957 por Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS), é fundamentada em um sistema não polarizado e na ausência de campos magnéticos. Porém outros regimes de superfluidez foram propostos na presença de campos magnéticos ou de população de spin desbalanceada. Neste caso, haveria a coexistência de magnetismo e superfluidez. Tais fenômenos de superfluidez heterogênea têm atraído a atenção de diversas áreas da ciência, pois também podem explicar a existência de propriedades não-convencionais como, por exemplo, variações súbitas no período de rotação de estrelas de nêutrons. Devido às diversas propostas existentes para o fenômeno de superfluidez heterogênea, há grande controvérsia em relação aos regimes de parâmetros em que o fenômeno se manifesta e se mantem estável. Diversos cálculos exatos e aproximados têm sido realizados a fim de detectar e descrever tais fases, como DMRG (Density Matrix Renormalization Group) e DFT (Density Functional Theory). Nessa monografia, através de cálculos exatos de DMRG, exploramos as propriedades de superfluidez exótica em modelos de nanoestruturas. Investigamos em particular a propriedade de emaranhamento quântico, conhecida por revelar os parâmetros em que transições de fase quânticas ocorrem. Nossos resultados demonstram que o emaranhamento de sistemas superfluidos é um bom parâmetro para a detecção da fase FFLO e que pode ser quantificado experimentalmente em superfluidos através de sua surpre... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Conventional superfluidity, whose description was developed in 1957 by Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS), is based on a non-polarized system and the absence of magnetic fields. However, other superfluidity regimes were proposed in the presence of magnetic fields or spin-imbalanced population. In this case, there would be the coexistence of magnetism and superfluidity. Such phenomenon of heterogeneous superfluidity has attracted attention of several scientific areas, as they may also explain the existence of unconventional properties such as, for example, sudden variations in the period of neutron stars rotation. Due to the several proposals for the phenomenon of heterogeneous superfluidity, there is great controversy regarding the parameter regimes in which the phenomenon manifests itself and remains stable. Several exact and approximate calculations have been performed to detect and describe such phases, such as DMRG (Density Matrix Renormalization Group) and DFT (Density Functional Theory). In this monograph, through exact DMRG calculations, we explore the properties of exotic superfluidity in nanostructures models. We investigate in particular the quantum entanglement property known to reveal the parameters in which quantum phase transitions occur. Our results demonstrate that entanglement of superfluid systems is a good parameter for detecting the FFLO phase and that it can be quantified experimentally in superfluids by exploring its surprising linear relation with the magn... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

This master thesis deals with a generation of random numbers and Fortuna generator implementation in Java language. In the first part the theoretical familiarization to the issues is introduced. Various entropy sources like mouse movement, keyboard typing, microphone and web camera noise are described and analysed. The analysis focuses on randomness, usability and volume of gathered data. Also the Fortuna random number generator is described from the theoretical view. Object analysis and implementation details are described in the last chapter of the document.

[pt] Em muitos problemas de engenharia, a densidade espectral de potência de sinais aleatórias, com componentes altamente periódicas, tem que ser medida. Freqüentemente este problema é reduzido ao de se identificar o espectro de potência desconhecida a uma função racional. As técnicas de identificação diferem entre si apenas quanto ao critério de estimação dos parâmetros do modelo proposto. Neste trabalho são examinados três métodos de análise espectral: Máxima Entropia, Resíduo Mínimo e o proposto por Hsia e Landgrebe. O primeiro tem como modelo de espectro de potência uma função racional só com pólos, enquanto que, para os dois últimos métodos, esta função possui tanto pólos como zeros. O método do Resíduo Mínimo utiliza, quando o processo em estudo é Gaussiano, o princípio de estimação de máxima verossimilhança. Já o método sugerido por Hsia e Landgrebe tem um procedimento de estimação mais simples, sendo, no entanto, estatisticamente menos significante. Este trabalho investiga a possibilidade de se substituir o modelo da Máxima Entropia por outro, com pólos e zero, mas com menos parâmetros a se estimar e com melhor eficiência na estimação de espectros que contenham picos. Esta investigação é feita através da simulação em computador, e a eficiência dos métodos é comparada em termos de localização e resolução dos picos contidos no espectro de potência. / [en] In many engineering problems, the power density spectra of random signals, with highly periodic components, have to be measured, very often this problem is reduced to the one of identifying the unknown power spectrum with a rational function. The identification techniques differ from each other only by the statistical criteria of the procedures used to estimate the assumed model parameters. In this work three spectral analysis methods are examined: Maximum Entropy, Minumum Residual, and that proposed by Hsia and Landgrebe. The power spectrum model assumed by the first method is a rational function , for the other two methods, has poles and zeroes. The Minimum Residual method uses, when the process under study is Gaussian, the maximum likelihood estimation principle. The method developed by Hsia and Landgrebe has a estimation procedure simpler, but is statistically less significant. This work investigates the possibility of substituing the Maximum Entropy model by another one, with poles and zeroes, but with less parameters to be estimated and better performace in the estimation of power spectra that contain peaks. This investigation is made by computer simulation and the efficiency of the methods is compared in terms of localization and resolution of the peaks contained in the power spectra.

O corpo humano é um sistema complexo composto por vários subsistemas interdependentes, que interagem entre si em várias escalas. Sabe-se que essa complexidade fisiológica tende a diminuir com a presença de doenças e com o avanço da idade, reduzindo a capacidade de adaptação dos indivíduos. No sistema cardiovascular, uma das maneira de se avaliar sua dinâmica regulatória é através da análise da variabilidade da frequência cardíaca (VFC). Os métodos clássicos de análise da VFC são baseados em modelos lineares, como é o caso da análise espectral. Contudo, como os mecanismos fisiológicos de regulação cardíaca apresentam características não lineares, as análises utilizando tais modelos podem ser limitadas. Nos últimos tempos, várias propostas de métodos não lineares têm surgido. Porém, não se sabe de uma medida consistente com o conceito de complexidade fisiológica, onde tanto os regimes periódicos como aleatórios são caracterizados como perda de complexidade. Baseado no conceito de complexidade fisiológica, esta tese propõe novos métodos de análise não lineares para séries de VFC. Os métodos consistem da generalização de medidas de entropia já existentes, utilizando a mecânica estatística não aditiva de Tsallis e a técnica de geração de dados substitutos. Foi definido um método, chamado de qSDiff, que calcula a diferença entre a entropia de um sinal e a entropia média de suas séries substitutas. O método de entropia utilizado consiste de uma generalização da entropia amostral (SampEn), utilizando o paradigma não aditivo. Das séries qSDiff foram extraídos três atributos, que foram avaliados como possíveis índices de complexidade fisiológica. A entropia multiescala (MSE) também foi generalizada seguindo o paradigma não aditivo, e os mesmos atributos foram calculados em várias escalas. Os métodos foram aplicados em séries reais de VFC de humanos e de ratos, bem como em um conjunto de sinais simulados, formado por ruídos e mapas, este último em regimes caótico e periódico. O atributo qSDiffmax demonstrou ser consistente para baixas escalas ao passo que os atributos qmax e qzero para escalas maiores, separando e classificando os grupos quanto à complexidade fisiológica. Observou-se ainda uma possível relação entre estes q-atributos com a presença de caos, que precisa ser melhor estudada. Os resultados ainda apontam a possibilidade de que, na insuficiência cardíaca, ocorre maior degradação nos mecanismos de baixa escala, de curto período, ao passo que na fibrilação atrial o prejuízo se estenderia para escalas maiores. As medidas baseadas em entropia propostas são capazes de extrair informações importantes das séries de VFC, sendo mais consistentes com o conceito de complexidade fisiológica do que a SampEn (clássica). Reforçou-se a hipótese de que a complexidade se revela em múltiplas escalas de um sinal. Acreditamos que os métodos propostos podem contribuir bastante na análise da VFC e também de outros sinais biomédicos. / Human body is a complex system composed of several interdependent subsystems, interacting at various scales. It is known that physiological complexity tends to decrease with disease and aging, reducing the adaptative capabilities of the individual. In the cardiovascular system, one way to evaluate its regulatory dynamics is through the analysis of heart rate variability (HRV). Classical methods of HRV analysis are based on linear models, such as spectral analysis. However, as the physiological mechanisms regulating heart rate exhibit nonlinear characteristics, analyzes using such models may be limited. In the last years, several proposals nonlinear methods have emerged. Nevertheless, no one is known to be consistent with the physiological complexity theory, where both periodic and random regimes are characterized as complexity loss. Based on physiological complexity theory, this thesis proposes new methods for nonlinear HRV series analysis. The methods are generalization of existing entropy measures, through Tsallis nonadditive statistical mechanics and surrogate data. We defined a method, called qSDiff, which calculates the difference between the entropy of a signal and its surrogate data average entropy. The entropy method used is a generalization of sample entropy (SampEn), through nonadditive paradigm. From qSDiff we extracted three attributes, which were evaluated as potential physiological complexity indexes. Multiscale entropy (MSE) was also generalized following nonadditive paradigm, and the same attributes were calculated at various scales. The methods were applied to real human and rats HRV series, as well as to a set of simulated signals, consisting of noises and maps, the latter in chaotic and periodic regimes. qSDiffmax attribute proved to be consistent for low scales while qmax and qzero attributes to larger scales, separating and ranking groups in terms of physiological complexity. There was also found a possible relationship between these q-attributes with the presence of chaos, which must be further investigated. The results also suggested the possibility that, in congestive heart failure, degradation occurs rather at small scales or short time mechanisms, while in atrial fibrillation, damage would extend to larger scales. The proposed entropy based measures are able to extract important information of HRV series, being more consistent with physiological complexity theory than SampEn (classical). Results strengthened the hypothesis that complexity is revealed at multiple scales. We believe that the proposed methods can contribute to HRV as well as to other biomedical signals analysis.

O corpo humano é um sistema complexo composto por vários subsistemas interdependentes, que interagem entre si em várias escalas. Sabe-se que essa complexidade fisiológica tende a diminuir com a presença de doenças e com o avanço da idade, reduzindo a capacidade de adaptação dos indivíduos. No sistema cardiovascular, uma das maneira de se avaliar sua dinâmica regulatória é através da análise da variabilidade da frequência cardíaca (VFC). Os métodos clássicos de análise da VFC são baseados em modelos lineares, como é o caso da análise espectral. Contudo, como os mecanismos fisiológicos de regulação cardíaca apresentam características não lineares, as análises utilizando tais modelos podem ser limitadas. Nos últimos tempos, várias propostas de métodos não lineares têm surgido. Porém, não se sabe de uma medida consistente com o conceito de complexidade fisiológica, onde tanto os regimes periódicos como aleatórios são caracterizados como perda de complexidade. Baseado no conceito de complexidade fisiológica, esta tese propõe novos métodos de análise não lineares para séries de VFC. Os métodos consistem da generalização de medidas de entropia já existentes, utilizando a mecânica estatística não aditiva de Tsallis e a técnica de geração de dados substitutos. Foi definido um método, chamado de qSDiff, que calcula a diferença entre a entropia de um sinal e a entropia média de suas séries substitutas. O método de entropia utilizado consiste de uma generalização da entropia amostral (SampEn), utilizando o paradigma não aditivo. Das séries qSDiff foram extraídos três atributos, que foram avaliados como possíveis índices de complexidade fisiológica. A entropia multiescala (MSE) também foi generalizada seguindo o paradigma não aditivo, e os mesmos atributos foram calculados em várias escalas. Os métodos foram aplicados em séries reais de VFC de humanos e de ratos, bem como em um conjunto de sinais simulados, formado por ruídos e mapas, este último em regimes caótico e periódico. O atributo qSDiffmax demonstrou ser consistente para baixas escalas ao passo que os atributos qmax e qzero para escalas maiores, separando e classificando os grupos quanto à complexidade fisiológica. Observou-se ainda uma possível relação entre estes q-atributos com a presença de caos, que precisa ser melhor estudada. Os resultados ainda apontam a possibilidade de que, na insuficiência cardíaca, ocorre maior degradação nos mecanismos de baixa escala, de curto período, ao passo que na fibrilação atrial o prejuízo se estenderia para escalas maiores. As medidas baseadas em entropia propostas são capazes de extrair informações importantes das séries de VFC, sendo mais consistentes com o conceito de complexidade fisiológica do que a SampEn (clássica). Reforçou-se a hipótese de que a complexidade se revela em múltiplas escalas de um sinal. Acreditamos que os métodos propostos podem contribuir bastante na análise da VFC e também de outros sinais biomédicos. / Human body is a complex system composed of several interdependent subsystems, interacting at various scales. It is known that physiological complexity tends to decrease with disease and aging, reducing the adaptative capabilities of the individual. In the cardiovascular system, one way to evaluate its regulatory dynamics is through the analysis of heart rate variability (HRV). Classical methods of HRV analysis are based on linear models, such as spectral analysis. However, as the physiological mechanisms regulating heart rate exhibit nonlinear characteristics, analyzes using such models may be limited. In the last years, several proposals nonlinear methods have emerged. Nevertheless, no one is known to be consistent with the physiological complexity theory, where both periodic and random regimes are characterized as complexity loss. Based on physiological complexity theory, this thesis proposes new methods for nonlinear HRV series analysis. The methods are generalization of existing entropy measures, through Tsallis nonadditive statistical mechanics and surrogate data. We defined a method, called qSDiff, which calculates the difference between the entropy of a signal and its surrogate data average entropy. The entropy method used is a generalization of sample entropy (SampEn), through nonadditive paradigm. From qSDiff we extracted three attributes, which were evaluated as potential physiological complexity indexes. Multiscale entropy (MSE) was also generalized following nonadditive paradigm, and the same attributes were calculated at various scales. The methods were applied to real human and rats HRV series, as well as to a set of simulated signals, consisting of noises and maps, the latter in chaotic and periodic regimes. qSDiffmax attribute proved to be consistent for low scales while qmax and qzero attributes to larger scales, separating and ranking groups in terms of physiological complexity. There was also found a possible relationship between these q-attributes with the presence of chaos, which must be further investigated. The results also suggested the possibility that, in congestive heart failure, degradation occurs rather at small scales or short time mechanisms, while in atrial fibrillation, damage would extend to larger scales. The proposed entropy based measures are able to extract important information of HRV series, being more consistent with physiological complexity theory than SampEn (classical). Results strengthened the hypothesis that complexity is revealed at multiple scales. We believe that the proposed methods can contribute to HRV as well as to other biomedical signals analysis.

Estudamos nessa dissertação um modelo para um gás em contato com dois banhos de partículas a potenciais químicos distintos. Isso foi feito através de um modelo de gás na rede (modelo de Ising) em que esta é dividida em duas sub-redes R1 e R2 e a evolução temporal se dá através da competição de duas dinâmicas markovianas: uma (dinâmica A) realiza o fluxo de partículas de uma sub-rede a outra, simulando o contato com um banho térmico à temperatura T , enquanto a outra (dinâmica B) tira ou põe partículas nas sub-redes, simulando o contato com banhos de partículas a potenciais químicos mu1 e mu2 e temperatura T . Estudamos, através de aproximações de campo médio dinâmico e de simulações de Monte Carlo, o diagrama de fases e as propriedades críticas do modelo, obtendo comportamento crítico similar ao do modelo de Ising de equilíbrio, exceto em uma pequena região do diagrama de fases em que detectam-se fases reentrantes. Calculamos também a produção de entropia do modelo. O estudo do comportamento crítico dessa grandeza deu origem a um novo expoente crítico zeta relacionado à divergência da derivada da produção de entropia com relação à temperatura. Obtivemos zeta=0 (divergência logaritimica). Verificamos, por fim, utilizando nesse caso aproximações de campo médio, o limite de validade de dois teoremas da termodinâmica de não equilíbrio: o teorema da mínima produção de entropia e o critério universal de evolução. Com relação ao primeiro teorema, determinamos em que limites podemos considerar a dinâmica do modelo como uma dinâmica que descreve um sistema próximo a uma situação de equilíbrio termodinâmico. Com relação ao critério universal de evolução, encontramos situações para as quais o teorema aparentemente não é satisfeito. Acreditamos que esse fato se deva a um elemento de instabilidade trazido indevidamente pela aproximação (de campo médio) utilizada. A investigação dessa questão foi postergada para um próximo trabalho. / We studied a model of a gas in contact with two baths of particles. We used a model of a gas in a lattice (Ising model) in which the net is divided in two: the sub-net R1 and the sub-net R2. The system evolves in time according to the competition between two dynamics: one (dynamic A) that realizes the flow of particles from one sub-net to the other, simulating the contact with a heat bath at temperature T while the other one (dynamic B ) removes or put particles in the sub-nets, simulating the contact with particle baths at chemical potentials mu1 and mu2 and temperature T. We studied, using mean-field approximations and Monte Carlo simulations, the phase diagram and the critical properties of the model, getting similar critical behavior to the Ising model in equilibrium, except in a small region of the phase diagram in which there are reentrant phases. We also calculated the entropy production of the model. The study of its critical behavior results in the definition of a new critical exponent zeta related to the divergence of the derivative of the entropy production with respect to the temperature. We obtained zeta =0 (logarithmic divergence). We verified, finally, using in this case mean-field approximations, the limit of validity of two theorems from nonequilibrium thermodynamics: the minimum entropy production theorem and the universal evolution criteria. Regarding the first theorem, we determined in what limits we can consider the model\' s dynamics as ``close\'\' to equilibrium. Regarding the universal evolution criteria, we found situations in which the theorem is apparently violated. We believe that this violation must be consequence of an improper instability element brought by the approximation (of mean-field) used. The investigation of this question was delayed to a next work.

Estudamos nessa dissertação um modelo para um gás em contato com dois banhos de partículas a potenciais químicos distintos. Isso foi feito através de um modelo de gás na rede (modelo de Ising) em que esta é dividida em duas sub-redes R1 e R2 e a evolução temporal se dá através da competição de duas dinâmicas markovianas: uma (dinâmica A) realiza o fluxo de partículas de uma sub-rede a outra, simulando o contato com um banho térmico à temperatura T , enquanto a outra (dinâmica B) tira ou põe partículas nas sub-redes, simulando o contato com banhos de partículas a potenciais químicos mu1 e mu2 e temperatura T . Estudamos, através de aproximações de campo médio dinâmico e de simulações de Monte Carlo, o diagrama de fases e as propriedades críticas do modelo, obtendo comportamento crítico similar ao do modelo de Ising de equilíbrio, exceto em uma pequena região do diagrama de fases em que detectam-se fases reentrantes. Calculamos também a produção de entropia do modelo. O estudo do comportamento crítico dessa grandeza deu origem a um novo expoente crítico zeta relacionado à divergência da derivada da produção de entropia com relação à temperatura. Obtivemos zeta=0 (divergência logaritimica). Verificamos, por fim, utilizando nesse caso aproximações de campo médio, o limite de validade de dois teoremas da termodinâmica de não equilíbrio: o teorema da mínima produção de entropia e o critério universal de evolução. Com relação ao primeiro teorema, determinamos em que limites podemos considerar a dinâmica do modelo como uma dinâmica que descreve um sistema próximo a uma situação de equilíbrio termodinâmico. Com relação ao critério universal de evolução, encontramos situações para as quais o teorema aparentemente não é satisfeito. Acreditamos que esse fato se deva a um elemento de instabilidade trazido indevidamente pela aproximação (de campo médio) utilizada. A investigação dessa questão foi postergada para um próximo trabalho. / We studied a model of a gas in contact with two baths of particles. We used a model of a gas in a lattice (Ising model) in which the net is divided in two: the sub-net R1 and the sub-net R2. The system evolves in time according to the competition between two dynamics: one (dynamic A) that realizes the flow of particles from one sub-net to the other, simulating the contact with a heat bath at temperature T while the other one (dynamic B ) removes or put particles in the sub-nets, simulating the contact with particle baths at chemical potentials mu1 and mu2 and temperature T. We studied, using mean-field approximations and Monte Carlo simulations, the phase diagram and the critical properties of the model, getting similar critical behavior to the Ising model in equilibrium, except in a small region of the phase diagram in which there are reentrant phases. We also calculated the entropy production of the model. The study of its critical behavior results in the definition of a new critical exponent zeta related to the divergence of the derivative of the entropy production with respect to the temperature. We obtained zeta =0 (logarithmic divergence). We verified, finally, using in this case mean-field approximations, the limit of validity of two theorems from nonequilibrium thermodynamics: the minimum entropy production theorem and the universal evolution criteria. Regarding the first theorem, we determined in what limits we can consider the model\' s dynamics as ``close\'\' to equilibrium. Regarding the universal evolution criteria, we found situations in which the theorem is apparently violated. We believe that this violation must be consequence of an improper instability element brought by the approximation (of mean-field) used. The investigation of this question was delayed to a next work.

Este trabalho teve por objetivo construir e avaliar ferramentas de quantificação e análise da variabilidade da freqüência cardíaca segundo o paradigma não extensivo de Tsallis na modelagem do sistema de regulação da freqüência cardíaca, e na discriminação de situação de normalidade e cardiopatias e apoio ao diagnóstico de cardiopatias. O sistema de regulação da freqüência cardíaca é reconhecidamente não linear. Este estudo explora esta característica, quantificando a complexidade através de uma família de entropias condicionais não extensivas e outras medidas de avaliação usualmente utilizadas na análise da variabilidade cardíaca. Foram utilizados dados reais de 15 indivíduos saudáveis, 23 indivíduos chagásicos e 19 indivíduos hipertensos, além de dados simulados computacionalmente para uma avaliação controlada das ferramentas estatísticas estudadas. Durante a avaliação foram gerados dados substitutos (surrogate data) para os testes de validade e intensidade da hipótese de não linearidade das séries. Os resultados mostraram que o parâmetro q introduz uma forma diferente de quantificação da complexidade do sinal. Com o auxílio dos dados substitutos, foi possível identificar, para alguns sinais, a região de valores de q onde o comportamento não linear é mais evidente. Os resultados obtidos indicam que a abordagem merece estudos mais aprofundados. / This study aimed to construct and evaluate tools for quantification and analysis of heart rate variability under Tsallis non-extensive statistical paradigm to model heart rate regulation system, and discrimination in situations of healthy conditions and support diagnosis of heart diseases. The heart rate regulation system is known to be nonlinear. This study explores this feature by quantifying the signal complexity through a family of non extensive conditional entropy and other evaluation measures commonly used in the analysis of heart rate variability. We used real data from 15 healthy subjects, 23 individuals with Chagas disease and 19 hypertensive individuals, in addition to simulated data to make a computationally controlled evaluation of the statistical tools studied. During the evaluation were generated surrogate data for tests of validity and strength of the time series non-linearity hypothesis. The results have shown that the q parameter introduces a different way of quantifying the complexity of the signal. With the support of surrogate data, it was possible to identify a range of q values that nonlinear behavior is more evident for some signals. The results indicate that the approach deserves further study.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:54Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2007-06-01Bitstream added on 2014-06-13T20:01:03Z : No. of bitstreams: 1 capitao_rc_dr_sjrp.pdf: 1458333 bytes, checksum: fd4e34f8fc16fc7f141646298640bdcc (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / A hemoglobina (Hb) e uma proteina tetramerica cuja principal funcao e o transporte de oxigenio. As moleculas de O2 se ligam cooperativamente a proteina, com afinidade crescente com a saturacao. O favorecimento a energia de ligacao se deve a mudanca da estrutura quaternaria da proteina, ou seja, da conformacao T de baixa afinidade para a conformacao R de alta afinidade, induzida pela ligacao do ligante. Decorrente desta mudanca conformacional ha um aumento da area de superficie proteica acessivel ao solvente (ASA), na transicao do estado totalmente desoxigenado (T) para o estado totalmente oxigenado (R). Esta variacao de ASA pode ser medida, em solucao, utilizando-se o metodo de estresse osmotico (COLOMBO et al., 1992). Neste trabalho, determinamos o numero de moleculas de agua ( nw) que se liga a diferentes especies de Hb na transicao desoxiHb oxiHb. Este valor varia de especie para especie, e dentro de cada especie e maior na presenca de NaCl do que na ausencia deste sal. A ligacao preferencial do anion cloreto a conformacao T da Hb altera sua estrutura terciaria, o que reflete em mudancas no valor de nw de oxigenacao medidos na ausencia e na presenca deste anion. Como referenciado, os valores de nw de oxigenacao foram determinados em solucao pelo metodo de estresse osmotico, isto e, a partir da determinacao da dependencia de P50 com a atividade de agua (aw). Mostramos que diferentes especies de Hb, em diferentes condicoes de solucao, alem de terem valores de nw de oxigenacao distintos, apresentam valores diferentes de H de oxigenacao ( Hobservado). Os valores de nw e de Hobservado, determinados para as especies de Hb Equina adulta (HbEq), Bovina adulta (HbBovad) e fetal (HbBovfet) em diferentes condicoes experimentais, em conjunto com valores de nw e Hobservado para as hemoglobinas das especies Humana (HbA0) e do molusco Scapharca inaequivalvis (HbI)... / Hemoglobin (Hb) is a tetrameric protein whose main function is oxygen transport. Four O2 molecules bind cooperatively to the protein. The cooperative stepwise increasing in O2-affinity with protein saturation is bound to the change in the protein's quaternary structure from the low O2- affinity conformation (T-state) to the high O2-affinity conformation (R-state) induced by ligand binding. Upon the T'R transition, the water accessible surface area (ASA) of the protein increase, with a consequent binding of extra water molecules to the protein. The change in hydration associated with the ASA can be determined in solution using the osmotic stress method (COLOMBO et al., 1992). In this work, we determined the number of water molecules ( nw) that bind to different Hb specie in the T'R transition. This value changes from specie to specie, and is larger in presence of NaCl than in absence for all specie. In this work we had also determined the enthalpy change of Hb oxygenation ( Hobs) for the different specie and at varied conditions where the value of nw of oxygenation were observed to vary. nw and Hobs values determined for the Equine adult (HbEq), Bovine adult (HbBovad) and fetal (HbBovfet) Hb in different experimental conditions, and nw and Hobs values previously determined for Human (HbA0) and for the mollusk Scapharca inaequivalvis (HbI) hemoglobins, we correlated and analyzed in order to determine the enthalpy and entropy changes associated with the binding of extra water molecules to the newly exposed protein surface upon oxygenation. We have found that 'ÂHsol, the heat change of protein hydration, is approximately -0,57Kcal/mol.H2O. This parameter represents the enthalpic cost of protein hydration in aqueous solution. The entropic cost, ÂSsol, was estimated as approximately -2,89cal/mol.K.H2O. At 298K, the free energy...(Complete abstract click electronic access below)

Experiências armazenadas acerca de regularidades passadas permitem a previsão do ambiente e, consequentemente, a possibilidade de ações antecipadas. Esta capacidade cognitiva é expressa em modelos de aprendizagem de sequências, que são capazes de acessar a previsibilidade das sequências de eventos e gerar descrições do desempenho em protocolos experimentais como a tarefa de tempo de reação serial. Nos experimentos 1, 2 e 3 deste trabalho, a abordagem informacional foi aplicada à descrição do desempenho na tarefa de tempo de reação serial. A relação entre medidas de entropia e desempenho na tarefa de tempo de reação serial envolvendo diferentes tipos de sequência foi investigada nos Experimentos 1a e 1b. As medidas de entropia foram feitas pelo processamento das frequências de eventos das sequências (i.e., pares, trios, quadras etc). Os resultados revelaram que a entropia informacional das sequências é um bom descritor do desempenho: (1) sequências de baixa entropia são realizadas mais rapidamente e são mais frequentemente reconhecidas ao final da sessão do que as de alta entropia; (2) uma curva sigmóide relaciona valores de entropia aos de tempo de reação: parâmetros \"min\" (tempo de reação com a previsão total), \"max\" (tempo de reação sem previsão) e \"x50\" (valor de entropia relacionada ao limiar de previsão); (3) o treinamento torna previsíveis sequências de alta entropia (o \"x50\" aumenta com o treinamento); e (4) com o treinamento, mais elementos prévios da sequência passam a ser utilizados para a previsão do próximo elemento. A relação entre desempenho e expectativas probabilísticas geradas durante o treinamento foi investigada no Experimento 2. Esse experimento envolveu múltiplas combinações de sequências de treino e teste, aplicadas a voluntários em sessões únicas. A diferença entre as previsibilidades das sequências de teste e treino foi quantificada pela distância de Kullback-Leibler: pequenas distâncias indicam que o treino proporciona boa previsão sobre o teste. Desconsiderando os efeitos de entropia (descrito no Experimento 1), a distância de Kullback-Leibler entre as sequências de teste e treino está relacionada ao desempenho: (1) distâncias pequenas levam à manutenção das expectativas (prévias) e tempos de reação curtos; (2) distâncias grandes levam à negligência das previsões e tempos de reação intermediários; e (3) distâncias intermediárias estão relacionadas a um conflito entre as estratégias de manutenção e negligência das expectativas, e geram tempos de reação elevados. Portanto, a flexibilidade das previsões ocorre em distâncias pequenas; uma estratégia alternativa, de negligência das previsões, é adotada em distâncias grandes. A estratégia desenvolvida nos Experimentos 1a e 1b foi útil para avaliar, no Experimento 3, a equivalência funcional entre treinamento imaginativo e real na aprendizagem de sequências. Este experimento envolveu voluntários testados na tarefa de tempo de reação serial ao longo de várias sessões de treinamento imaginativo e real. Os desempenhos durante o treinamento imaginativo e real foram descritos e comparados; o experimento mostrou também que a previsibilidade da sequência acessada por meio do treinamento imaginativo pode ser expressa posteriormente no desempenho real da tarefa. No entanto, o limite de previsibilidade das sequências acessado pelo treinamento imaginativo é inferior ao limite acessado por treinamento real, descrita pelo menor \"x50\" do (1) treinamento imaginativo em relação ao treinamento real e (2) desempenho real após o treinamento imaginativo em relação ao desempenho real após o treinamento real. Em conclusão, é possível afirmar que o modelo de entropia informacional é capaz de descrever a variabilidade do desempenho na tarefa de tempo de reação serial. Estes achados apóiam a existência de um princípio geral de acesso à previsibilidade para explicação da aprendizagem e memória. / Stored experiences of past regularities allow the prediction of the environment and, consequently, the possibility of anticipatory actions. This cognitive capacity is expressed in models of sequence learning, which are able to access the predictability of sequences of events and to generate descriptions of performance on experimental protocols as serial reaction time task. In Experiments 1, 2 and 3 of this work the informational framework was applied to the description of performance in serial reaction time task. The relationship between entropy measures and performance on serial reaction time task involving multiple sequence types was investigated on Experiments 1a and 1b. The entropy measures were done by processing the frequencies of events of the sequences (i.e. pairs, triads, quads etc). The results revealed that information entropy of the sequences is an impressively good descriptor of performance: (1) low entropy sequences were performed more rapidly and were more frequently recognized in the end of the session than the high entropy ones; (2) a sigmoid curve relates entropy to reaction time: parameters \"min\" (reaction time with total prediction), \"max\" (reaction time with no prediction) and \"x50\" (entropy value related to threshold of prediction); (3) training makes high entropy sequences predictable (the \"x50\" increases with training); and (4) with training, more previous elements of sequence are used for prediction of the next one. The relationship between performance and probabilistic expectancies generated during training was investigated on Experiment 2. This experiment involved multiple arrangements of training and testing sequences, applied to volunteers on single sessions. The difference between the predictabilities of testing and training sequences was quantified by the Kullback-Leibler divergence: small divergence indicates that training provides good prediction on testing. Disregarding the entropy effects (described on Experiment 1), Kullback-Leibler divergence between training and testing sequences is related to performance: (1) short divergences lead to (previous) predictions maintenance and low reaction times; (2) large divergences lead to predictions negligence and intermediate reaction times; and (3) intermediate divergences are related to conflict between the strategies of maintenance and negligence of predictions, and generate high reaction times. Therefore, the flexibility of predictions occurs on short divergences; an alternative strategy, of predictions negligence, is adopted on large divergences. The strategy developed on Experiments 1a and 1b was useful to evaluate, on Experiment 3, the functional equivalence between imagery and actual training on sequence learning. This experiment involved volunteers tested on serial reaction time task along multiple imagery and actual training sessions. Performances on both imagery and actual training were described and compared; the experiment also showed that the sequence predictability accessed on imagery training can be expressed on posterior actual performance. However, the limit of sequence predictability accessed by imagery training is lower than the limit accessed by actual training, described by the lower \"x50\" of (1) imagery training compared to actual training and (2) actual performance after imagery training compared to actual performance after actual training. In conclusion, it is possible to state that the entropy model is able to describe the variability of performance on serial reaction time task. These findings support the existence of a general principle of accessing the predictability to explain learning and memory.