Muitas questões de importância biológica ligadas à evolução e filogenias podem ser abordadas por meio de análises estatísticas que utilizam a função de verossimilhança. Para que tais análises sejam feitas, são necessários modelos que designem probabilidades a eventos mutacionais, os modelos de substituição de bases. Como existem diversos destes modelos, critérios estatísticos para escolher entre eles são importantes nessa area. Assim, o objetivo desse trabalho é estudar as propriedades de um dos mais amplamente utilizados critérios para seleção desses modelos, o teste da razão de verossimilhança. Utilizando teoria assintótica, nós propomos um estimador consistente e de baixo custo computacional para o poder do teste. Nós também utilizamos Simulações de Monte Cario para estudar a distribuição da estatística do teste. Além disso, estudamos propriedades dos estimadores de máxima verossimilhança para parâmetros do modelo, como sua distribuição assintótica em casos particulares e cotas inferiores para sua variância. A técnica do Jackknife é utihzada para a correção do vício destes estimadores, com bons resultados. Os modelos de substituição de bases mais utilizados tem pressupostos restritivos sobre o processo de evolução molecular, assim, nós também estudamos alguns modelos mais realistas que permitem variação das taxas de mutação e dependência entre sítios. / Many important biological questions, especially regarding evolutionary history and phylogenies, may be tackled by statistical analysis of DNA sequences that use the likelihood function. In order to make these analysis, statistical models that assign probabilities to mutational events are needed. Since several of these base substitution models exist, statistical methods that choose between models are important in this field. The goal of this dissertation is to study the properties of likelihood ratio tests that compare base substitution models, the most widely used hypothesis tests for this purpose. Through asymptotic theory, we propose a low computational cost consistent estimator for the power of the likelihood ratio test. We also study the distribution of the t e s f s statistic through Monte Cario simulations. Properties of the maximum likehhood estimators for model parameters, such as its asymptotic distribution in special cases and lower bounds for it's variance are presented, as well as the suggestion of using the resampling method Jackknife for bias correction. The widely used base substitution models have strong assumptions about the process of evolution that are not generally valid, thus we also study models that alow for rate variation and dependency between sites.

O propósito do trabalho é estudar um modelo matemático sobre a p<r pulação de peixes, na situação de represamento de rio. As equações governantes são de tipo parabólico com condições de contorno de Neumann. O problema é abordado de maneira exata utilizando a função de Green, mas a impraticidade da implementação da solução exata, conduz à procura de uma abordagem alternativa. Escolheu-se a abordagem em diferenças mas pode ser utilizado o método de elementos finitos ou de volumes finitos. É feita uma descrição de diversos métodos em diferença em uma e duas dimensões e é considerado o método implícito de direções alternadas pela sua estabilidade incondicional. São feitas simulações numéricas em Matlab, para tentar explicar o comportamento populacional considerando efeitos da migração, bem como a influência de fatores tais como: reprodução, alimentação ou fatores climáticos (temperatura e nível da água). São simuladas numericamente quatro situações diferentes considerando efeitos de migração transversal e longitudinal, e são enunciados os c<r mentários e conclusões pertinentes. / The purpose of this work is to study a mathematical model of a fish population confined in a dam. The governing equations are of parabolic type with Neumann boundary conditions. The problem is analytically solved using the Green fu nction, but the infeasibility of implementation of this exact solution, leads us to seek an alternative approach. Finite difference approach was chosen, but finite elements or volumes methods may be used instead. A description is made of the various difference methods in one and two dimensions and the Alternated Direction Implicit Method is considered because of its unconditional stability. Numerical simulations were made in Matlab, trying to explain the population behaviour considering migration effects, and the infiuence of factor such as reproduction, diet and climatic factors (temperature and water levei) as well. Four different situations are numerically simulated, considering transverse and longitudinal migration, and pertinent comments and conclusions are stated.

A Tomografia por Emissão de Pósitrons (PET) está se definindo como um dos métodos preferidos para diagnóstico e seguimento de inúmeras doenças em Oncologia, Neurologia e Cardiologia. Esta modalidade é realizada com sistemas dedicados e sistemas baseados em câmaras de cintilação, que podem ser também usados em tomografia por emissão de fótons únicos (SPECT). Neste trabalho, efetuamos uma avaliação dos fatores que favorecem a quantificação em imagens PET com câmaras de cintilação em coincidência, caracterizadas por urna menor sensibilidade em relação a sistemas dedicados. Avaliamos as condições de quantificação de imagens sob os modos 2D e 3D de aquisição, obtidas por métodos de reconstrução 2D e 3D diversos e correções associadas. Dados de aquisição foram simulados por método de Monte Carlo empregando parâmetros realistas. Objetos de interesse diversos foram modelados. Imagens foram reconstruídas pelos métodos FBP, ART, MLEM e OSEM e consideramos correções de sensibilidade, normalização de detector, espalhamento e atenuação de radiação. Estabelecemos uma metodologia de avaliação de detectabilidade e recuperação de contrastes em imagens que contemplam, a partir de dois parâmetros mensuráveis, os aspectos mais relevantes em quantificação. Análises visuais também foram consideradas. Verificamos que o modo 3D é mais adequado que 2D na recuperação de baixos contrastes no objeto com a aplicação das correções selecionadas. A detectabilidade de pequenas estruturas está limitada pelos efeitos de volume parcial e pela resolução espacial finita dos sistemas de detecção. Os métodos ART, MLEM e, em particular, OSEM com 8 subconjuntos, apresentam-se adequados para estudos quantitativos no modo 3D. Os parâmetros definidos para avaliação podem ser empregados como indicadores de condições propícias a estudos quantitativos. / Volumetric reconstruction in gamma camera based PET imaging Positron Emission Tomography (PET) is considered as a very useful tool for diagnosing and following several diseases in Oncology, Neurology and Cardiology. Two types of systems are available for this imaging modality: the dedicated systems and those based on gamma camera technology. In this work, we assessed a number of factors affecting the quantitation of gamma camera based PET imaging, characterized by a lower sensitivity compared to those of dedicated systems. We also evaluated image quantitation conditions under 2D and 3D acquisition/reconstruction modes, for different reconstruction methods and associated corrections. Acquisition data were simulated by Monte Carla method, using realistic parameters. Several objects of interest were modelled. We reconstructed slices and volumes using FBP, ART, MLEM and OSEM and also included four corrections: detector sensitivity, detector normalization, scatter and attenuation of annihilation photons. We proposed a method to assess detectability and object contrast recovery by using two measurable parameters. Visual analysis was also considered. We found that 3D mode is more effective than 2D for low contrast recovery when the selected (J corrections are applied. Detectability of small structures is limited by partial volume effects and device finite spatial resolution. ART, MLEM and specially 8-subsets OSEM are the most adequate methods for quantitative studies in 3D mode. The parameter that we have defined may also be used as indicators of suitable conditions for quantitation in images.

Nesse trabalho investigamos através de simulações numéricas a evolução da composição genética de uma população, dando atenção especial ao processo dinâmico conhecido como catraca de Muller, que é responsável pela degradação da população devido ao acúmulo de mutações deletérias em populações finitas. Consideramos também a genealogia dos indivíduos em uma população sob a ação da catraca de Muller. Ainda, investigamos analiticamente o limite determinístico do modelo, no qual o tamanho da população é infinito, onde o processo da catraca não atua. O relevo replicativo, ou seja, a função que mapeia a carga genética de um indivíduo com a sua probabilidade de reprodução utilizado nesse trabalho é uma generalização do relevo originalmente proposto por Muller para ilustrar o processo da catraca. Adicionamos a esse relevo um parâmetro de epistase que simula a interação entre os sítios das seqüências dos indivíduos. A escolha desse parâmetro determina três tipos possíveis de epistase: (i) sinergística, no qual as mutações ficam cada vez mais deletérias com o número de mutações já existentes; (ii) atenuante, no qual o efeito deletério de uma nova mutação é atenuado; e (iii) multiplicativa, no qual as novas mutações causam danos idênticos, independentemente do número anterior de mutações / In this work we investigate through numerical simulations the evolution of the genetic composition of a population, giving emphasis to the dynamic process termed Muller\'s ratchet, which is responsible for the degradation of the population due to the accumulation of deleterious mutations in finite populations. We consider also the genealogy of the individuals evolving in a population under the effect of the Muller\'s ratchet. In addition, we investigate analytically the deterministic limit of the model, in which the population size is infinite, where ratchet process does not act. The replication landscape, i.e., the function that maps the genetic load of an individual on its probability of reproduction used in this work is a generalization of that originally considered by Muller to illustrate the process of the ratchet. In particular, we add to that landscape a parameter of epistasis that models the interactions among the sites of the sequences of the individuals. The tunning of this parameter determines three different types of epistasis: (i) synergistic, where the mutations become more deleterious with the number of mutations already present; (ii) diminishing, where the deleterious effect of a new mutation is attenuated; and (iii) multiplicative, where the new mutations cause identical damages, independently of the previous number of mutations

O propósito do trabalho é estudar um modelo matemático sobre a p<r pulação de peixes, na situação de represamento de rio. As equações governantes são de tipo parabólico com condições de contorno de Neumann. O problema é abordado de maneira exata utilizando a função de Green, mas a impraticidade da implementação da solução exata, conduz à procura de uma abordagem alternativa. Escolheu-se a abordagem em diferenças mas pode ser utilizado o método de elementos finitos ou de volumes finitos. É feita uma descrição de diversos métodos em diferença em uma e duas dimensões e é considerado o método implícito de direções alternadas pela sua estabilidade incondicional. São feitas simulações numéricas em Matlab, para tentar explicar o comportamento populacional considerando efeitos da migração, bem como a influência de fatores tais como: reprodução, alimentação ou fatores climáticos (temperatura e nível da água). São simuladas numericamente quatro situações diferentes considerando efeitos de migração transversal e longitudinal, e são enunciados os c<r mentários e conclusões pertinentes. / The purpose of this work is to study a mathematical model of a fish population confined in a dam. The governing equations are of parabolic type with Neumann boundary conditions. The problem is analytically solved using the Green fu nction, but the infeasibility of implementation of this exact solution, leads us to seek an alternative approach. Finite difference approach was chosen, but finite elements or volumes methods may be used instead. A description is made of the various difference methods in one and two dimensions and the Alternated Direction Implicit Method is considered because of its unconditional stability. Numerical simulations were made in Matlab, trying to explain the population behaviour considering migration effects, and the infiuence of factor such as reproduction, diet and climatic factors (temperature and water levei) as well. Four different situations are numerically simulated, considering transverse and longitudinal migration, and pertinent comments and conclusions are stated.

Muitas questões de importância biológica ligadas à evolução e filogenias podem ser abordadas por meio de análises estatísticas que utilizam a função de verossimilhança. Para que tais análises sejam feitas, são necessários modelos que designem probabilidades a eventos mutacionais, os modelos de substituição de bases. Como existem diversos destes modelos, critérios estatísticos para escolher entre eles são importantes nessa area. Assim, o objetivo desse trabalho é estudar as propriedades de um dos mais amplamente utilizados critérios para seleção desses modelos, o teste da razão de verossimilhança. Utilizando teoria assintótica, nós propomos um estimador consistente e de baixo custo computacional para o poder do teste. Nós também utilizamos Simulações de Monte Cario para estudar a distribuição da estatística do teste. Além disso, estudamos propriedades dos estimadores de máxima verossimilhança para parâmetros do modelo, como sua distribuição assintótica em casos particulares e cotas inferiores para sua variância. A técnica do Jackknife é utihzada para a correção do vício destes estimadores, com bons resultados. Os modelos de substituição de bases mais utilizados tem pressupostos restritivos sobre o processo de evolução molecular, assim, nós também estudamos alguns modelos mais realistas que permitem variação das taxas de mutação e dependência entre sítios. / Many important biological questions, especially regarding evolutionary history and phylogenies, may be tackled by statistical analysis of DNA sequences that use the likelihood function. In order to make these analysis, statistical models that assign probabilities to mutational events are needed. Since several of these base substitution models exist, statistical methods that choose between models are important in this field. The goal of this dissertation is to study the properties of likelihood ratio tests that compare base substitution models, the most widely used hypothesis tests for this purpose. Through asymptotic theory, we propose a low computational cost consistent estimator for the power of the likelihood ratio test. We also study the distribution of the t e s f s statistic through Monte Cario simulations. Properties of the maximum likehhood estimators for model parameters, such as its asymptotic distribution in special cases and lower bounds for it's variance are presented, as well as the suggestion of using the resampling method Jackknife for bias correction. The widely used base substitution models have strong assumptions about the process of evolution that are not generally valid, thus we also study models that alow for rate variation and dependency between sites.

O objetivo deste trabalho é a decomposição da resposta forçada de um sistema distribuído de quarta ordeM no tempo, representado pela equação de Timoshenko para vigas. O modelo em estudo considera os efeitos da inércia rotativa e do cisalhamento. E introduzida uma base dinâmica para a obtenção dos modos de vibração, considerando-se determinadas condições iniciais e de contorno. Desenvolvese uma metodologia parasa obtenção da resposta dinâmica. A resposta forçada e caracterizada como uma decomposição da resposta permanente e da resposta livre, que, por sua vez, é induzida pela resposta permanente. Realiza-se o cálculo da resposta forçada para entradas do tipo concentrado e dinâmico. Realizam-se simulações para os modos, para a resposta impulso e para vibrações forçadas em vigas com extremidades apoiada e livre, extremidades fixa e livre e extremidades livre deslizante sujeitas a cargas concentradas e com dinâmica. A análise da resposta freqüência é ilustrada com uma viga fixa-livre. / The goal of this work is the decomposition of the forced response of a fourth order time distributed system, described by Timoshenko model for beams.The model in study considers the effects of rotary inertia and shear deformation. A dynamic basis is introduced for obtaining the vibration modes and for considering initial and boundary conditions. It is developed a methodology for obtaining the dynamidal response. The forced response is characterized as a composition of the permanent and free responses. The free response is induced for the permanent response. The computation of the forced response is done for concentrated and dynamical inputs. Sirnulations were done for cornputing the modes, the impulse response and forced vibrations for supported-free, fixed-free and free-sliding beams under concentrated loads and loads mlth dynamics. Frequency response analysis is illustrated with a fixed-free beam.

Neste trabalho foram estudadas características gerais de laboratórios virtuais e de ambientes colaborativos virtuais (que formam um ambiente LV/CVE), tanto em seus aspectos tecnológicos quanto com referência ao perfil cognitivo dos profissionais que os utilizam. Em seguida, estudou-se detalhadamente um ambiente LV/CVE o VirRAD, que foi criado para capacitar profissionais de radiofarmácia, e estudou-se os aspectos cognitivos de seus usuários, analisados sob as perspectivas de duas teorias cognitivas de repercussão mundial: inteligências múltiplas, de Howard Gardner, e mindful learning, de Ellen Langer. As conclusões obtidas nesses estudos orientaram a proposição de aperfeiçoamentos ao LV/CVE focalizado, que foram incorporadas a um protótipo de aplicativo baseado no VirRAD, cujas telas são apresentadas ao final deste trabalho, sendo que essas conclusões também são aplicáveis a qualquer ambiente LV/CVE. / This academic work explains a general view of virtual laboratories (VL) and collaborative virtual environments (CVE) (called, together, a VL/CVE set), focusing their technological features and analyzing the common cognitive features of their users. Also is presented a detailed description of VL/CVE VirRAD (Virtual Radiopharmacy), created specially to connect and support the international radiopharmacy community around the world, and is explained an analysis of their users cognitive profile, under the perspective of two of the most important cognitive theories of the 20th century: multiple intelligences, by Howard Gardner, and mindful learning, by Ellen Langer. Conclusions from this study has been incorporated, as feature enhancements, to a software prototype created based upon VirRAD software solution, and the hardcopy of their screens is exposed at the end of this work. It is also an essential idea that the conclusions of this work are relevant to any VL/CVE environment.

Neste trabalho foram estudadas características gerais de laboratórios virtuais e de ambientes colaborativos virtuais (que formam um ambiente LV/CVE), tanto em seus aspectos tecnológicos quanto com referência ao perfil cognitivo dos profissionais que os utilizam. Em seguida, estudou-se detalhadamente um ambiente LV/CVE o VirRAD, que foi criado para capacitar profissionais de radiofarmácia, e estudou-se os aspectos cognitivos de seus usuários, analisados sob as perspectivas de duas teorias cognitivas de repercussão mundial: inteligências múltiplas, de Howard Gardner, e mindful learning, de Ellen Langer. As conclusões obtidas nesses estudos orientaram a proposição de aperfeiçoamentos ao LV/CVE focalizado, que foram incorporadas a um protótipo de aplicativo baseado no VirRAD, cujas telas são apresentadas ao final deste trabalho, sendo que essas conclusões também são aplicáveis a qualquer ambiente LV/CVE. / This academic work explains a general view of virtual laboratories (VL) and collaborative virtual environments (CVE) (called, together, a VL/CVE set), focusing their technological features and analyzing the common cognitive features of their users. Also is presented a detailed description of VL/CVE VirRAD (Virtual Radiopharmacy), created specially to connect and support the international radiopharmacy community around the world, and is explained an analysis of their users cognitive profile, under the perspective of two of the most important cognitive theories of the 20th century: multiple intelligences, by Howard Gardner, and mindful learning, by Ellen Langer. Conclusions from this study has been incorporated, as feature enhancements, to a software prototype created based upon VirRAD software solution, and the hardcopy of their screens is exposed at the end of this work. It is also an essential idea that the conclusions of this work are relevant to any VL/CVE environment.

Submitted by FERNANDA DA SILVA VON PORSTER (fdsvporster@univates.br) on 2016-09-06T18:13:19Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) 2015FernandaTeresaMoro.pdf: 2804177 bytes, checksum: 549dc132662480a869a9d59252491351 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Paula Lisboa Monteiro (monteiro@univates.br) on 2016-09-12T17:46:25Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) 2015FernandaTeresaMoro.pdf: 2804177 bytes, checksum: 549dc132662480a869a9d59252491351 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-12T17:46:25Z (GMT). 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Os objetivos específicos elencados para esta pesquisa foram: Verificar os conhecimentos prévios dos estudantes relacionados à transferência de energia térmica, bem como suas aplicações em situações do cotidiano; Desenvolver o conteúdo de transferência de energia térmica por meio da integração entre atividades experimentais e simulações computacionais durante as aulas de Física no 2º ano do Ensino Médio; Investigar se as atividades desenvolvidas são potencialmente significativas para a aprendizagem dos alunos sobre elementos importantes da Termologia (formas de propagação da energia térmica). A pesquisa é de natureza qualitativa. Para levantamento dos dados foi utilizado um questionário semiestruturado, questionamentos durante as atividades propostas, além de observações feitas em um diário de campo, fotos, filmagens e, por fim, a elaboração de um mapa conceitual. Os dados analisados apontaram que: a) os estudantes evidenciaram, no questionário semiestruturado dos conhecimentos prévios, antes da intervenção pedagógica, a falta de alguns subsunçores relacionados aos conceitos de propagação da energia térmica, pois não diferenciavam calor e temperatura, o que para muitos significavam sinônimos; b) o material elaborado e proposto nesta prática mostrou ser potencialmente significativo, pois contribuiu para que houvesse modificação, enriquecimento e elaboração de subsunçores presentes nas estruturas cognitivas de alguns alunos, possibilitando a verificação dos fenômenos que muitas vezes são observados no cotidiano, bem como a diferenciação entre as três formas de transferência de energia térmica e, a existência concomitante delas; c) os estudantes, diante da proposta apresentada, estavam motivados e predispostos para trabalhar com as atividades experimentais e as simulações, realizando estas com entusiasmo e demonstrando interesse, favorecendo a ocorrência da aprendizagem significativa; d) a elaboração dos mapas conceituais e sua apresentação (ao término das atividades propostas) evidenciaram alterações nos subsunçores dos estudantes, bem como apontaram que as atividades experimentais vinculadas às simulações computacionais podem ser uma ferramenta para auxiliar na aprendizagem de alguns conceitos de transferência de energia térmica. / This essay approaches the application of experimental activities linked with computational simulations as a resource for the significant knowledge of the thermal energy transfer. The problem in which the research was based on was: what are the implications at the integration of experimental activities and computational simulations for the students significant learning at the subject of thermal energy transfer? The study was settled in a private school from the city of Erechim, Rio Grande do Sul, having as participants thirty five students from the second year of high school. The specific aims listed for this research were: to check previous knowledge from the students, related to thermal energy transfer, as well as its applications in daily situations; to develop the subject of thermal energy transfer by the integration between the experimental activities and computational simulations during the second year‟s high school Physics classes; to investigate whether the developed activities are potentially significant for students‟ well learning about main points of Thermology (ways of thermal energy propagation). The research has a qualitative nature. For data collection, a semi structured questionnaire was used, as well as questions during the proposed activities, besides observations done in a field diary, photographs, filming, and, in the final analysis, the elaboration of a conceptual map. The data analysis inferred that: a) students realized,at the semistructured questionary of previous knowledge before pedagogical intervention, the lack of some subsumers related to the concepts of thermal energy transfer, since they had not distinguished heat from temperature, what for the most of students, they were synonyms; b) the material created and proposed in this practice turned to be potentially significant, because it has contributed to have modification, enrichment and elaboration of subsumers presented in students‟ cognitive structures, providing the verification of phenomena which mostly were observed in daily life, as well as the differentiation among the three forms of thermal energy transfer and their concomitant existence; c) students, in face of the required proposal, showed to be motivated and predisposed to work with the experimental activities and simulations, doing it with enthusiasm and showing interest, making the significant learning possible; d) the elaboration of the field maps and its presentation have evidenced changings in students‟ subsumers, as well as it has pointed that experimental activities combined with computational simulations can be a tool to help the learning of some concepts of thermal energy transfer.