Made available in DSpace on 2014-06-12T18:06:49Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo7761_1.pdf: 1846414 bytes, checksum: 4722f3ce1da69981fe1c64c5b5847ff8 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2006 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A função de resposta de neurônios disparantes sensoriais individuais (taxa de disparo versus intensidade de estímulo) tem uma faixa dinâmica pequena. Por exemplo, em neurônios sensoriais do olfato, somente 10 dB de intensidade de estímulo podem ser razoavelmente codi ficados, se a saturação e o ruído de baixo estímulo forem desprezados. Isso está em completo contraste com a grande faixa dinâmica observada no próximo passo sináptico: a resposta dos glomérulos e das células mitrais do olfato pode ter faixa dinâmica duas vezes maior. Há evidência experimental de que o acoplamento elétrico entre neurônios (via junções de abertura ou interações efáticas) pode ser responsável por essa melhora da faixa dinâmica. Para calcular o efeito do acoplamento elétrico na resposta coletiva de neurônios disparantes, estudamos o modelo epidêmico SIRS estocástico na rede hipercúbica e reinterpretamos os estados suscetível-infectado-recuperado-suscetível, como polarizado-disparando-refratário-polarizado, respectivamente. Estendemos o modelo recentemente estudado por Jaewook Joo e Joel L. Lebowitz [1], introduzindo um estímulo sensorial externo (que, no contexto epidemiológico, acrescenta uma taxa de infecção espontânea). Fizemos os cálculos analíticos da aproximação de campo médio simples e da aproximação de pares, bem como simulações numéricas. Mostramos que, devido à amplificação via ondas excitáveis, a faixa dinâmica cresce com o acoplamento elétrico até um valor crítico, acima do qual a rede apresenta atividade auto-sustentada. Acima da criticalidade, a faixa dinâmica diminui com o acoplamento elétrico, porque a atividade auto-sustentada mascara o baixo estímulo. A maior faixa dinâmica é, então, obtida precisamente na transição de fase de não-equilíbrio, fornecendo um exemplo bem definido de processamento ótimo na criticalidade. Além disso, o valor máximo da faixa dinâmica para a rede hipercúbica d-dimensional diminui com d

Teoricamente, conexões por sinapses elétricas entre neurônios poderiam levar ao aumento da faixa de resposta dinâmica da rede neural. A faixa de resposta dinâmica de uma rede de neurônios pode ser definida como a faixa de valores de intensidade dos estímulos de entrada para a qual o conjunto de neurônios produz resposta antes de atingir a saturação. Em um cenário biológico, propôs-se que junções gap entre células ganglionares da retina aumentariam a faixa dinâmica da retina. O teste experimental dessa proposta apresenta várias dificuldades, o que torna a modelagem computacional uma alternativa metodológica para o estudo do papel das sinapses elétricas na faixa dinâmica da camada ganglionar da retina. O objetivo deste trabalho foi a construção de um modelo biologicamente plausível da camada ganglionar da retina da salamandra, submetida a sinais de entrada realísticos conforme evidências experimentais e com a inclusão de sinapses elétricas conectando suas células, para estudar in silico os possíveis efeitos dessas sinapses elétricas sobre a faixa dinâmica da camada ganglionar. A camada ganglionar foi modelada como uma rede bidimensional cujos neurônios foram modelados pelo formalismo de Hodgkin-Huxley. Cada neurônio recebeu um de dois tipos de entrada sináptica, transiente ou sustentada. Avaliou-se o efeito da inibição pré-sináptica das células ganglionares e o efeito de diferentes padrões de conectividade mediados pelas sinapses elétricas. Os resultados sugerem que o acoplamento elétrico aumenta a sensibilidade do sistema e altera o ponto de saturação, mas não necessariamente aumenta a faixa dinâmica. / Theoretically, connections by electrical synapses between neurons could lead to an increase in their dynamic range. The dynamic range of a network of neurons can be defined as the range of input stimuli values for which the network responds before saturation. In a biological scenario, it is hypothesized that gap junctions between retinal ganglion cells may increase the dynamic range of the retina. However, the experimental testing of this hypothesis presents several difficulties, which makes computational modeling a methodological alternative to study the role of electrical synapses on the dynamic range of the ganglion cell layer of the retina. In this work we constructed a biologically plausible computational model of the ganglion cell layer of the salamander retina. A bidimensional network was built with cells modeled by the Hodgkin-Huxley formalism connected via gap junctions and subject to realistic inputs constrained by experimental evidence, to study in silico the effects of gap junctions on the dynamic range of the model. We studied the effect of different gap junction-mediated connectivity patterns, input type combinations (transient, sustained and mixed between the two) and presynaptic inhibition on the dynamic range. Our results suggest that gap junction coupling increases the network\'s sensitivity and alters the saturation point but not necessarily increases the dynamic range.

Teoricamente, conexões por sinapses elétricas entre neurônios poderiam levar ao aumento da faixa de resposta dinâmica da rede neural. A faixa de resposta dinâmica de uma rede de neurônios pode ser definida como a faixa de valores de intensidade dos estímulos de entrada para a qual o conjunto de neurônios produz resposta antes de atingir a saturação. Em um cenário biológico, propôs-se que junções gap entre células ganglionares da retina aumentariam a faixa dinâmica da retina. O teste experimental dessa proposta apresenta várias dificuldades, o que torna a modelagem computacional uma alternativa metodológica para o estudo do papel das sinapses elétricas na faixa dinâmica da camada ganglionar da retina. O objetivo deste trabalho foi a construção de um modelo biologicamente plausível da camada ganglionar da retina da salamandra, submetida a sinais de entrada realísticos conforme evidências experimentais e com a inclusão de sinapses elétricas conectando suas células, para estudar in silico os possíveis efeitos dessas sinapses elétricas sobre a faixa dinâmica da camada ganglionar. A camada ganglionar foi modelada como uma rede bidimensional cujos neurônios foram modelados pelo formalismo de Hodgkin-Huxley. Cada neurônio recebeu um de dois tipos de entrada sináptica, transiente ou sustentada. Avaliou-se o efeito da inibição pré-sináptica das células ganglionares e o efeito de diferentes padrões de conectividade mediados pelas sinapses elétricas. Os resultados sugerem que o acoplamento elétrico aumenta a sensibilidade do sistema e altera o ponto de saturação, mas não necessariamente aumenta a faixa dinâmica. / Theoretically, connections by electrical synapses between neurons could lead to an increase in their dynamic range. The dynamic range of a network of neurons can be defined as the range of input stimuli values for which the network responds before saturation. In a biological scenario, it is hypothesized that gap junctions between retinal ganglion cells may increase the dynamic range of the retina. However, the experimental testing of this hypothesis presents several difficulties, which makes computational modeling a methodological alternative to study the role of electrical synapses on the dynamic range of the ganglion cell layer of the retina. In this work we constructed a biologically plausible computational model of the ganglion cell layer of the salamander retina. A bidimensional network was built with cells modeled by the Hodgkin-Huxley formalism connected via gap junctions and subject to realistic inputs constrained by experimental evidence, to study in silico the effects of gap junctions on the dynamic range of the model. We studied the effect of different gap junction-mediated connectivity patterns, input type combinations (transient, sustained and mixed between the two) and presynaptic inhibition on the dynamic range. Our results suggest that gap junction coupling increases the network\'s sensitivity and alters the saturation point but not necessarily increases the dynamic range.

Este trabalho traz um estudo inicial do acoplamento elétrico-energético no planejamento da operação de curto-curtíssimo prazo utilizando Fluxo de Potência Ótimo em Corrente Alternada (FPOCA) com o objetivo de averiguar possíveis desvios entre o planejamento energético e o planejamento elétrico. É feita uma análise da influência dos aspectos elétricos do sistema de transmissão no planejamento energético de curto prazo utilizando-se um FPOCA, juntamente com a minimização do custo da geração e das perdas na transmissão. A minimização do custo da geração é feita através de uma otimização do sistema hidrotérmico utilizando-se um Programa de Otimização de Sistema Hidrotérmico (POSH) baseado em um algoritmo simplex convexo e na aplicação da teoria de fluxo em rede, enquanto que a minimização das perdas na transmissão é feita utilizando-se um FPOCA baseado no método Dual-Newton. Estas ferramentas permitem analisar a necessidade de ajustes para compatibilizar a otimização energética e a otimização elétrica de um sistema eletroenergético, e buscar um planejamento \"ótimo\" que atenda os planejamentos energético e elétrico. Dessa forma, a interface elétrico-energética se torna mais \"forte\", pois as metas de geração obtidas pelo planejamento de curto prazo que serão passadas para o planejamento de curtíssimo prazo, já incluem o efeito dos aspectos elétricos do sistema. Isto proporciona um controle dos desvios da trajetória \"ótima\" do sistema, o que contribui para melhorar a otimização global do planejamento da operação eletroenergética. / This work brings a beginning study of the electric-energetic coupling in the short-shortest term operation planning using Optimal Power Flow in Alternate Current (OPFAC) aiming to inquire possible mismatches between the energetic planning and the eletric planning. It is made an analysis of the electrical aspects influence in the short term energetic planning using OPFAC together with the minimization of generation cost and the transmission losses. The generation cost minimization is made for the hidrothermal system optimization using a Hydrothermal System Optimization Program (POSH) based on a convex simplex algorithm and the application of the network flow theory, while the transmission losses minimization is made using an OPFAC based on the Dual-Newton method. These tools allow to analyze the necessity of adjustments to make compatible the energetic optimization and the electric optimization of the power system, and to search an \"optimal\" planning that attends both the energetic planning and electric planning. Like this, the electric-energetic interface becomes strongest, therefore the generation goals gotten by the short-term planning, that will be passed to the shortest-term planning, already includes the effect of the electric system aspects. These one provide the mismatches control in the optimal trajectory of the system and it contributes to improve the global optimization of power system operation planning. The analyzed system is the 440 kV Equivalent System of CESP (Energetic Company of São Paulo), with 53 bus, being 7 generation bus, 85 transmission lines and 48 transformers.

Este trabalho traz um estudo inicial do acoplamento elétrico-energético no planejamento da operação de curto-curtíssimo prazo utilizando Fluxo de Potência Ótimo em Corrente Alternada (FPOCA) com o objetivo de averiguar possíveis desvios entre o planejamento energético e o planejamento elétrico. É feita uma análise da influência dos aspectos elétricos do sistema de transmissão no planejamento energético de curto prazo utilizando-se um FPOCA, juntamente com a minimização do custo da geração e das perdas na transmissão. A minimização do custo da geração é feita através de uma otimização do sistema hidrotérmico utilizando-se um Programa de Otimização de Sistema Hidrotérmico (POSH) baseado em um algoritmo simplex convexo e na aplicação da teoria de fluxo em rede, enquanto que a minimização das perdas na transmissão é feita utilizando-se um FPOCA baseado no método Dual-Newton. Estas ferramentas permitem analisar a necessidade de ajustes para compatibilizar a otimização energética e a otimização elétrica de um sistema eletroenergético, e buscar um planejamento \"ótimo\" que atenda os planejamentos energético e elétrico. Dessa forma, a interface elétrico-energética se torna mais \"forte\", pois as metas de geração obtidas pelo planejamento de curto prazo que serão passadas para o planejamento de curtíssimo prazo, já incluem o efeito dos aspectos elétricos do sistema. Isto proporciona um controle dos desvios da trajetória \"ótima\" do sistema, o que contribui para melhorar a otimização global do planejamento da operação eletroenergética. / This work brings a beginning study of the electric-energetic coupling in the short-shortest term operation planning using Optimal Power Flow in Alternate Current (OPFAC) aiming to inquire possible mismatches between the energetic planning and the eletric planning. It is made an analysis of the electrical aspects influence in the short term energetic planning using OPFAC together with the minimization of generation cost and the transmission losses. The generation cost minimization is made for the hidrothermal system optimization using a Hydrothermal System Optimization Program (POSH) based on a convex simplex algorithm and the application of the network flow theory, while the transmission losses minimization is made using an OPFAC based on the Dual-Newton method. These tools allow to analyze the necessity of adjustments to make compatible the energetic optimization and the electric optimization of the power system, and to search an \"optimal\" planning that attends both the energetic planning and electric planning. Like this, the electric-energetic interface becomes strongest, therefore the generation goals gotten by the short-term planning, that will be passed to the shortest-term planning, already includes the effect of the electric system aspects. These one provide the mismatches control in the optimal trajectory of the system and it contributes to improve the global optimization of power system operation planning. The analyzed system is the 440 kV Equivalent System of CESP (Energetic Company of São Paulo), with 53 bus, being 7 generation bus, 85 transmission lines and 48 transformers.