Made available in DSpace on 2014-12-17T14:02:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 IgorEGP.pdf: 595581 bytes, checksum: 209975fcf9ad63e6f448af856207e81a (MD5) Previous issue date: 2006-12-06 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / The present work was carried out at the Atol das Rocas (3? 51 S; 33? 49 W), the only atoll of the South Atlantic and the first Brazilian marine protected area. It was guided by the following hypothesis: the composition of the fish communities varies in agreement with the position of the pools; in other words, with or without permanent ocean connection. To test the validity of this hypothesis, the fish abundance was estimated in the connected pools (Barretinha/Barreta Falsa) and unconnected ones (Cemiteriozinho/?ncoras), carrying an ecological characterization of the fishes that inhabit these pools. Additionally, the structural complexity of the sampled places was also evaluated intending to verify the variations of the abundance and diversity of fishes in function to this factor. By the fact of this research was being carried out through the limits of a conservation unit, the samples was realized using visual census techniques. The results generated through uni and multivariate analytic techniques allowed the evidence that decisive factor in the density, richness and diversity variations of fishes are linked to the substratum type (Hard / Soft bottom) and not by the fact that the pool are or are not connected permanently to the ocean. In relation to the structural complexity; 58% of the variations in the diversity of fishes were attributed to changes in the structural complexity, while 12% of the variations in the abundance were attributed to the structural complexity / Este trabalho realizado no Atol das Rocas (3? 51 S; 33? 49 W), o ?nico atol do Atl?ntico Sul e a primeira ?rea marinha protegida brasileira, foi norteado pela hip?tese de que: a composi??o das comunidades de peixes varia de acordo com a posi??o das piscinas; ou seja, com ou sem conex?o permanente com o oceano. Para testar a validade desta hip?tese foram realizadas estimativas da abund?ncia de peixes em piscinas conectadas (Barretinha/Barreta Falsa) e n?o conectadas com oceano (Cemiteriozinho/?ncoras), realizando uma caracteriza??o ecol?gica dos peixes que habitam estas piscinas. Adicionalmente a complexidade estrutural dos locais amostrados tamb?m foi avaliada, com intuito de verificar varia??es da abund?ncia e diversidade de peixes em fun??o deste fator. Pelo fato desta pesquisa ter sido realizada dentro dos limites de uma unidade de conserva??o, as amostragens foram realizadas atrav?s do censo visual. Um total de 56 esp?cies foram identificadas no estudo piloto e durante as amostragens 48 destas foram observadas. Os resultados gerados atrav?s de t?cnicas anal?ticas uni e multivariadas permitiram constatar que o fator determinante nas varia??es de densidade, riqueza e diversidade dos peixes ? o tipo de substrato (consolidados/n?o consolidados) e n?o fato das piscinas estarem ou n?o conectada permanentemente com oceano. Com rela??o ? complexidade estrutural; 58% das varia??es na diversidade de peixes s?o atribu?das a mudan?as na complexidade estrutural enquanto que 12% das varia??es na abund?ncia s?o atribu?dos a este fator

Dysfunction in the central nervous system of the neonate is often first identified through seizures. The diffculty in detecting clinical seizures, which involves the observation of physical manifestations characteristic to newborn seizure, has placed greater emphasis on the detection of newborn electroencephalographic (EEG) seizure. The high incidence of newborn seizure has resulted in considerable mortality and morbidity rates in the neonate. Accurate and rapid diagnosis of neonatal seizure is essential for proper treatment and therapy. This has impelled researchers to investigate possible methods for the automatic detection of newborn EEG seizure. This thesis is focused on the development of algorithms for the automatic detection of newborn EEG seizure using adaptive time-frequency signal processing. The assessment of newborn EEG seizure detection algorithms requires large datasets of nonseizure and seizure EEG which are not always readily available and often hard to acquire. This has led to the proposition of realistic models of newborn EEG which can be used to create large datasets for the evaluation and comparison of newborn EEG seizure detection algorithms. In this thesis, we develop two simulation methods which produce synthetic newborn EEG background and seizure. The simulation methods use nonlinear and time-frequency signal processing techniques to allow for the demonstrated nonlinear and nonstationary characteristics of the newborn EEG. Atomic decomposition techniques incorporating redundant time-frequency dictionaries are exciting new signal processing methods which deliver adaptive signal representations or approximations. In this thesis we have investigated two prominent atomic decomposition techniques, matching pursuit and basis pursuit, for their possible use in an automatic seizure detection algorithm. In our investigation, it was shown that matching pursuit generally provided the sparsest (i.e. most compact) approximation for various real and synthetic signals over a wide range of signal approximation levels. For this reason, we chose MP as our preferred atomic decomposition technique for this thesis. A new measure, referred to as structural complexity, which quantifes the level or degree of correlation between signal structures and the decomposition dictionary was proposed. Using the change in structural complexity, a generic method of detecting changes in signal structure was proposed. This detection methodology was then applied to the newborn EEG for the detection of state transition (i.e. nonseizure to seizure state) in the EEG signal. To optimize the seizure detection process, we developed a time-frequency dictionary that is coherent with the newborn EEG seizure state based on the time-frequency analysis of the newborn EEG seizure. It was shown that using the new coherent time-frequency dictionary and the change in structural complexity, we can detect the transition from nonseizure to seizure states in synthetic and real newborn EEG. Repetitive spiking in the EEG is a classic feature of newborn EEG seizure. Therefore, the automatic detection of spikes can be fundamental in the detection of newborn EEG seizure. The capacity of two adaptive time-frequency signal processing techniques to detect spikes was investigated. It was shown that a relationship between the EEG epoch length and the number of repetitive spikes governs the ability of both matching pursuit and adaptive spectrogram in detecting repetitive spikes. However, it was demonstrated that the law was less restrictive forth eadaptive spectrogram and it was shown to outperform matching pursuit in detecting repetitive spikes. The method of adapting the window length associated with the adaptive spectrogram used in this thesis was the maximum correlation criterion. It was observed that for the time instants where signal spikes occurred, the optimal window lengths selected by the maximum correlation criterion were small. Therefore, spike detection directly from the adaptive window optimization method was demonstrated and also shown to outperform matching pursuit. An automatic newborn EEG seizure detection algorithm was proposed based on the detection of repetitive spikes using the adaptive window optimization method. The algorithm shows excellent performance with real EEG data. A comparison of the proposed algorithm with four well documented newborn EEG seizure detection algorithms is provided. The results of the comparison show that the proposed algorithm has significantly better performance than the existing algorithms (i.e. Our proposed algorithm achieved a good detection rate (GDR) of 94% and false detection rate (FDR) of 2.3% compared with the leading algorithm which only produced a GDR of 62% and FDR of 16%). In summary, the novel contribution of this thesis to the fields of time-frequency signal processing and biomedical engineering is the successful development and application of sophisticated algorithms based on adaptive time-frequency signal processing techniques to the solution of automatic newborn EEG seizure detection.

No description available.

Biological invasions are one of the main factors responsible for the imperiled status of freshwater ecosystems, but much remains to be learned about their indirect effects on native communities. The first part of this dissertation examines community effects of long-term efforts to selectively control invasive Eurasian watermilfoil. Results of the first study show that native plants immediately recolonized treated areas and habitat complexity was unaffected. Fish community was not influenced by invasive plant control. Macroinvertebrate communities were highly variable and part of their variability could be explained by plant community attributes. Both fish and macroinvertebrates used invasive watermilfoil, which emphasizes the need for timely restoration of native macrophytes to mitigate for lost habitat. Because fish and macroinvertebrates were more affected by complexity than other attributes of plant assemblage, reestablishment of habitat complexity appears to be a promising restoration strategy. The second study, which examined species interactions after watermilfoil control, found that fish feeding activity was not correlated with invasive plants or habitat complexity and that invasive macrophyte control did not affect characteristics of fish feeding investigated. The relationship between fish and macrophytes was further explored in the context of interactions between an invasive piscivore and its native prey. First, I examined the prey naiveté hypothesis with non-native peacock bass in Paraná River, Brazil. Prey responded to visual and chemical cues of peacock bass and displayed avoidance behaviors similar to those observed with a native predator, meaning that lack of recognition was not responsible for the observed vulnerability of native species to this introduced predator. After confirming lack of naiveté, I assessed direct and indirect effects of this non-native predator on native prey. Peacock bass had no indirect effects on its prey feeding activity. Macrophyte type did not affect indirect predator-prey interactions, whereas direct predator effects slightly decreased in the presence of aquatic vegetation. I discuss implications of these findings for native biodiversity and convene other potential explanations for the observed effects of peacock bass. Both projects contribute to our understanding of the relationship between aquatic plants and their animal communities and effects of invasive species in freshwater habitats.

Heterogenität von Umweltbedingungen gilt als einer der wichtigsten Faktoren für die Verteilung von Artenreichtum weltweit. Laut der Habitatheterogenität-Hypothese bieten räumlich heterogenere Gebiete eine höhere Vielfalt an Umweltparametern und weisen mehr Refugien und Möglichkeiten zur Isolation und Radiation auf. Dadurch begünstigen sie Koexistenz, Persistenz und Diversifikation von Arten. Die Erforschung potentieller positiver Effekte von Heterogenität auf Artenreichtum fasziniert Ökologen und Evolutionsbiologen seit Jahrzehnten. Dementsprechend existieren zahlreiche Studien über die Beziehung zwischen Heterogenität und dem Artenreichum verschiedener Taxa unter unterschiedlichsten ökologischen Gegebenheiten. Heterogenität kann sich auf biotische und abiotische Bedingungen beziehen und wurde daher mittels vieler verschiedener Maße quantifiziert. Diese finden zudem auf sehr unterschiedlichen Skalen Anwendung, die von der Architektur einer einzelnen Pflanze über Landschaftsstruktur bis hin zu topographischem Relief reichen. Die Vielfalt der Maße sowie eine oft unbestimmte und inkonsistente Terminologie, die in der Forschung zu Heterogenität-Artenreichtums-Beziehungen verwendet wird, erschweren das Verständnis, den Vergleich und die Synthese der entsprechenden Studien. Desweiteren gibt es große Unterschiede in der Form und Stärke der Beziehungen: während viele Studien einen positiven Zusammenhang zwischen Heterogenität und Artenreichtum nachwiesen, sind auch negative, unimodale und nicht signifikante Zusammenhänge bekannt. Deshalb existiert bisher kein eindeutiger Konsens bezüglich der generellen Heterogenität-Artenreichtums-Beziehung. Im Rahmen der vorliegenden Dissertation fertige ich ein systematisches Literaturreview an, mit dem ich einen Überblick über die verwendeten Maße und Begriffe gebe, die bisher in der Forschung zu Heterogenität-Artenreichtums-Beziehungen Anwendung fanden. Basierend auf 192 Studien identifiziere ich 165 verschiedene Heterogenitätsmaße, die ich bezüglich ihrer Themenfelder und Berechnungsmethoden klassifiziere. Es werden fünf Themenfelder unterschieden, nämlich Landbedeckung und Vegetation als biotische Komponenten, und Klima, Boden und Topographie als abiotische Komponenten von Heterogenität. Desweiteren identifiziere ich achtzehn verschiedene Berechnungsmethoden, wie z.B. Anzahl, Standardabweichung und Variationskoeffizient. Die Höhenspannweite in einem Gebiet erweist sich als das häufigste Heterogenitätsmaß in der Literatur, wohingegen Maße von klimatischer Heterogenität und Bodenheterogenität unterrepräsentiert sind. Weiterhin stelle ich ein deutliches räumliches und taxonomisches Ungleichgewicht in der Forschung fest, wobei ein Großteil der Studien den Einfluss von Heterogenität in der Paläarktis untersucht und sich auf den Artenreichtum von Vertebraten oder Pflanzen konzentriert. Ich kompiliere über 100 verschiedene Begriffe für Heterogenität, wie z.B. Habitatdiversität oder Habitatheterogenität, und weise auf mangelhafte und teilweise sogar widersprüchliche Definitionen hin. Solche Unklarheiten erschweren das Verständnis der Begriffe und Studien, weshalb ich für eindeutige Terminologie plädiere und mich gegen die Verwendung von Synonymen ausspreche. Desweiteren gebe ich einen Überblick über mögliche Mechanismen, die als Grundlage von positiven Zusammenhängen zwischen Heterogenität und Artenreichtum in der Literatur diskutiert werden. Insgesamt identifiziere ich sieben Hauptmechanismen, die mit der Förderung von Koexistenz, Persistenz und Diversifikation von Arten zusammenhängen. Diese Mechanismen stelle ich in Beziehung zu den Themenfeldern der Heterogenitätsmaße, den Taxa und den räumlichen Skalen, die in den jeweiligen Studien behandelt werden. Basierend auf dem gleichen Datensatz von 192 Studien und 1148 Datenpunkten führe ich anschließend eine Meta-Analyse durch, um die generelle Richtung und Stärke des Zusammenhangs zwischen Heterogenität und dem Artenreichtum terrestrischer Pflanzen und Tiere zu untersuchen. Hierbei weise ich quantitativ nach, dass der Zusammenhang von der Landschaftsebene bis zur globalen Skala über Taxa, Habitattypen und räumliche Skalen hinweg generell positiv ist. Während kein signifikanter Unterschied in der Effektgröße zwischen biotischer und abiotischer Heterogenität besteht, weisen Vegetations- und topographische Heterogenität signifikant stärkere Assoziationen mit Artenreichtum auf als klimatische Heterogenität. Durch gemischte Meta-Regressionen identifiziere ich weiterhin Studieneigenschaften, die die Stärke des Zusammenhangs zwischen Heterogenität und Artenreichtum beeinflussen. Räumliche Skalen, insbesondere Flächenkonstanz, räumliche Auflösung und Ausdehnung, stellen sich als besonders wichtige Einflussgrößen für die untersuchte Beziehung zwischen Artenreichtum und auf Landbedeckung und Höhe basierenden Heterogenitätsmaßen heraus. Ausgehend von den Ergebnissen des Literaturreviews untersuche ich schließlich die Ähnlichkeit zwischen einer Reihe von Heterogenitätsmaßen sowie deren differentiellen Einfluss auf den globalen Artenreichtum terrestrischer Säugetiere. Ich berechne systematisch 51 verschiedene Heterogenitätsmaße auf globaler Ebene, die alle fünf Themenfelder von Heterogenität abdecken und neun verschiedene Berechnungsmethoden beinhalten. Ich zeige, dass manche dieser Maße sich deutlich voneinander abheben, während andere stärker kollinear und zum Teil redundant sind. Ich stelle Ähnlichkeiten und Unterschiede zwischen verschiedenen Regionen in Bezug auf räumliche Muster einzelner Heterogenitätsmaße sowie einen multidimensionalen Heterogenitätsraum heraus, der auf einer Hauptkomponentenanalyse beruht. Außerdem untersuche ich den Zusammenhang zwischen jedem einzelnen Heterogenitätsmaß und dem Säugetierreichtum in einfachen und multiplen Regressionsmodellen, welche zusätzlich den Einfluss von Klima, biogeographischer Region und menschlichem Einfluss berücksichtigen. Mit Hilfe von bedingten Inferenzbäumen analysiere ich den Einfluss der verschiedenen Themenfelder und Berechnungsmethoden der Heterogenitätsmaße auf die Modellgüte über drei räumliche Auflösungen hinweg. Die Wahl der Themenfelder stellt sich dabei als wichtigster Einflussfaktor heraus, wobei sich Maße klimatischer und topographischer Heterogenität besonders positiv auf die Modellgüte auswirken. Desweiteren zeichnen sich Modelle mit Anzahl- oder Spannweitemaßen ebenfalls durch hohe Modellgüte aus, wohingegen der Variationskoeffizient und ein Geländeschroffheitsindex mit relativ geringer Modellgüte zusammenhängen. Insgesamt betonen meine Ergebnisse die hohe Bedeutung methodischer Entscheidungen auf die Ergebnisse von Heterogenität-Artenreichtums-Studien. Dies wiederum dokumentiert wie wichtig es ist, sinnvolle, taxon- und skalenabhängige Heterogenitätsmaße zu verwenden, die dem jeweiligen Untersuchungssystem und dem zu untersuchenden Mechanismus entsprechen. Diese Dissertation stellt die bisher umfangreichste Untersuchung der Quantifizierung und Terminologie von Heterogenität über Themenfelder und verschiedene taxonomische Gruppen hinweg dar. Sie belegt erstmals einen generell positiven Zusammenhang zwischen biotischer und abiotischer Heterogenität und dem Artenreichtum terrestrischer Pflanzen und Tiere auf relativ großen räumlichen Skalen. Meine Forschung demonstriert deutlich die enorme Komplexität von Heterogenität als Thema und Forschungsgebiet. Trotz der beachtlichen Fortschritte, die durch diese Arbeit in der Erforschung von Heterogenität-Artenreichtums-Beziehungen gemacht wurden, gilt es noch zahlreiche offene Fragen zu beantworten. Die vorliegende Dissertation soll eine solide Basis schaffen, um diese Herausforderung in Zukunft anzugehen.

Dans l'Infralittoral rocheux méditerranéen, les algues brunes du genre Cystoseira forment des habitats structurellement complexes, dénommés forêts à Cystoseira. A cause de certaines activités anthropiques, ces forêts ont déjà disparu dans de nombreuses localités et sont en train de régresser dans d'autres. Elles ont été (sont) généralement remplacées par des habitats structurellement moins complexes de type brousse, gazon ou désert. Cette thèse a visé à estimer les possibles conséquences pour les poissons de la régression des forêts à Cystoseira et à identifier les processus écologiques en cause. Plusieurs approches complémentaires ont été employées : inventaires de macroalgues et de poissons, expériences de prédation et de sélection d'habitats en aquarium, analyses de composions isotopiques et de contenus stomacaux. Les densités de poissons proie et prédateur étaient plus importantes dans les forêts à Cystoseira que dans les habitats structurellement moins complexes. Cela peut résulter, au moins en partie, du rôle "refuge" de Cystoseira spp. qui induit (1) une plus faible mortalité des poissons proies et prédateurs dans les forêts, due à une plus grande disponibilité en abris et en nourriture, respectivement, (2) une immigration nette des poissons dans les forêts due à leur préférence pour cet habitat structurellement complexe. De plus, Cystoseira spp. pourrait être une importante source de matière organique pour l'écosystème. Ce potentiel rôle trophique mérite des études complémentaires. Ce travail suggère que la régression des forêts à Cystoseira est néfaste pour les poissons et souligne donc la nécessité de mieux gérer les activités humaines impactant Cystoseira spp. / In Mediterranean rocky subtidal, large brown algae belonging to the genus Cystoseira form structurally complex habitats, called Cystoseira forest. Due to anthropogenic stressors, Cystoseira forests disappeared from numerous localities in the Mediterranean Sea and are deteriorating in other localities. Cystoseira forests are usually replaced by structurally less complex habitats, such as shrublands, turfs and barren. This PhD aimed to assess putative consequences for fish of Cystoseira forest degradation, and to identify the underlying ecological processes. Multiple complementary approaches were used: macroalgae and fish field surveys, tank-based predation and habitat-choice experiments, stable isotopes and stomach contents analyses. Densities of prey and predatory fish were higher in Cystoseira forests compared to structurally less complex habitats. This may be due to the shelter role of Cystoseira spp. that induces (1) reduced mortality of prey and predatory fish in forests, due to high shelter and food availability, respectively, and (2) net immigration of fish into forests due to their preference for this structurally complex habitat. Moreover, Cystoseira spp. may be an important source of organic matter to the ecosystem. This possible trophic role deserves complementary studies. This work suggests that Cystoseira forest degradation are harmful to fish and from this perspective stresses the need to better manage human activities impacting Cystoseira spp.