Made available in DSpace on 2014-06-12T18:00:43Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo2344_1.pdf: 6337306 bytes, checksum: d4f4b9d8e5412202aafb5b8c22c0132c (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2009 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Avalanches neuronais são padrões espaço-temporais de atividade que ocorrem espontaneamente nas camadas superficiais do córtex mamífero sob várias condições experimentais. Estudos anteriores em fatias cerebrais e cultura de tecidos mostraram que a distribuição de tamanhos P(s) de avalanches neuronais obedece à uma relação de lei de potência: P(s) » s¡a , com expoente a '3=2. Isso é compatível com a idéia de que redes neuronais in vitro operam em regime crítico, mas pouco se sabe sobre as propriedades das avalanches neuronais in vivo. Nessa dissertação foi investigada a estatística das avalanches neuronais em registros extracelulares de potenciais de ação (disparos) obtidos de ratos cirurgicamente implantados com multi-eletrodos. Os animais foram continuamente registrados por várias horas ao longo do ciclo sono-vigília, antes, durante e depois de uma sessão de exploração de objetos novos. Também foram registrados animais sob efeito de anestesia. Em particular, procuramos assinaturas estatísticas nos registros in vivo que permitissem testar a hipótese de criticalidade no cérebro. Os dados foram divididos em bins temporais Dt. Uma avalanche foi definida como uma sequência de bins nos quais a atividade é não-nula. Realizamos análises estatísticas com respeito ao tamanho (número de disparos) s, a duração d e o intervalo t entre avalanches, para um dado Dt. Observamos que a estatística das avalanches neuronais varia de acordo com a fase do ciclo sono-vigília. Para qualquer fase, avalanches mais longas e maiores se tornam mais frequentes após a experiência de exploração. Encontramos distribuições de tamanhos que se assemelham à distribuição lognormal: P(s) » s¡1 exp[¡c(ln(s)¡b)2]. Estudamos um modelo de autômatos celulares excitáveis e mostramos que distribuições como essas podem ser obtidas em um sistema no ponto crítico quando há subamostragem. Ou seja, sistemas que exibem distribui ções de tamanhos do tipo lei de potência quando a medida das avalanches é realizada em todos os elementos da rede, apresentam distribuições que se assemelham à lognormal quando apenas uma pequena parte de seus elementos excitáveis é utilizada para fazer as medidas. Além disso, exploramos a dinâmica temporal e observamos que a família de distribuições de intervalos D(t ;sc) entre avalanches consecutivas com tamanho s ¸ sc obedecem a uma lei de escala: D(t ;sc) = R(sc)F(tR(sc)), onde R(sc) = ht i¡1 e F é uma função de escala. Os resultados são semelhantes às leis de escala encontradas em clarões solares (solar fiares), incêndios florestais, fraturas, terremotos e outros sistemas. A presença de lei de escala na dinâmica temporal do sistema é compatível com a idéia de criticalidade auto-organizada e foi encontrada nos mais diversos estados comportamentais, regiões do cérebro e períodos da experiência nos ratos estudados

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:04:02Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo7714_1.pdf: 4073918 bytes, checksum: 21ba994f0f0b2392061b969389b1232f (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2007 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / A tuberculose é uma doença endêmica causada por uma bactéria aeróbica denominada Mycobacterium tuberculosis (Mtb). Ela é responsável pela infecção de um terço da popula ção mundial e causa 2,2 milhões de mortes anualmente. A infecção mais comum causada pela Mtb ocorre pela inalação dos microorganismos para os pulmões, onde eles infectam principalmente os macrófagos alveolares. Macrófagos infectados liberam citocinas que ativam a resposta imunológica específica que resulta no desenvolvimento de uma estrutura granulomatosa formada pelas células do sistema imune (macrófagos, células T e B) no sítio de infecção. Apesar de todos os esforços e estudos realizados até o presente, buscando entender a dinâmica de formação de granulomas, ainda não se conhece os mecanismos responsáveis pelo seu crescimento e estabilidade. Neste trabalho de tese nós introduzimos um modelo matemático, baseado na aproxima ção de autômatos celulares, para descrever a formação do granuloma como resposta imunológica a Mtb e as diferentes dinâmicas observadas na natureza para este processo. O modelo leva em conta as principais células envolvidas na resposta imune para a Mtb, bem como a ativação e/ou migração celular devido a sinalização de quimiocinas e citocinas. Dependendo da região do espaço de parâmetros, o modelo reproduz pelo menos um dos três tipos de dinâmicas observadas nos modelos animais: eliminação, contenção e disseminação. O modelo reproduz também resultados experimentais obtidos em experimentos realizados com camundongos: a evolução temporal da contagem de células T e de bactérias durante a dinâmica de contenção. Nesta tese também analisamos as características de uma rede complexa obtida em estudos anteriores, realizados por membros do nosso grupo, sobre o processo endêmico da tuberculose. Dois tipos de rede foram obtidos do estudo da correlação espaço-temporal entre os novos casos anuais de TB ocorridos em Olinda, uma cidade da região Nordeste do Brasil, durante dois períodos de cinco anos consecutivos: redes topológicas onde acontecem os processos endêmicos durante cada período e redes complexas com pesos, nas quais os pesos são atribuídos aos nodos e correspondem ao número de casos que ocorrem em cada nodo durante os cinco anos analisados. Do estudo do comportamento das quantidades usuais definidas para redes complexas, nós mostramos que as redes topológicas extraídas a partir dos processos endêmicos exibem as propriedades de redes mundo pequeno . Contudo quando nós associamos pesos aos nodos das redes, estas exibem propriedades de redes livres de escala

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:29:22Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo5709_1.pdf: 2202199 bytes, checksum: a338be85dd7a402669330630b68e7d70 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2008 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Neste trabalho desenvolvelmos um modelo dinâmico espaço-temporal baseado em autômatos celulares estocásticos para simular a dinâmica de transmissão da dengue em uma comunidade densa. É um modelo que acopla as dinâmicas de humanos e mosquitos. Indivíduos e vetores são monitorados individualmente. Mosquitos vivem em residências específicas e fazem repasto sanguíneo de acordo com certa distribuição espacial. A população humana não é estruturada por idade. A mobilidade humana é levada em consideração e determina a época central e a duração da epidemia. O modelo é utilizado para estudar três questões relativas à dinâmica da dengue. A primeira é a sensibilidade da reprodutibilidade da infecção a diferentes parâmetros. A segunda é a viabiidade da transmissão viral durante períodos interepidêmicos. Uma análise de metapopulações é feita para estimar a probabilidade do vírus se extinguir em um grande centro urbano. A terceira é a hipótese da imunidade cruzada para diferentes sorotipos, considerando a entrada de dois sorotipos, inclusive simultaneamente

O trabalho proposto considerou o desenvolvimento de uma abordagem por autômatos celulares para modelagem de recursos minerais. De uma maneira geral, os autômatos celulares permitem a modelagem de sistemas e fenômenos levando em conta parâmetros de forma, dimensão, geometria, regras de evolução, regras de vizinhança e estado inicial. Para a aplicação dos autômatos celulares, foi desenvolvida uma ferramenta de software com apoio do Núcleo de Desenvolvimento de Software, do Departamento de Engenharia de Departamento de Sistemas Eletrônicos da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. A ferramenta de modelagem desenvolvida foi aplicada para modelar um banco de dados conhecido na mineração, que é o Walker Lake Dataset Isaaks e Srivastava (1989). Os resultados obtidos demonstraram que a abordagem por ACs tem potencial para a área de modelagem de recursos minerais, e indicaram a importância de definir uma metodologia específica para a seleção do método de interpolação mais adequado para cada conjunto de dados estudados. / This research project proposes a new approach for modeling geological resources using cellular automata. In general, cellular automata allow modeling systems taking into account parameters of shape, dimensions, evolution rules, neighboring rules and initial state of the cells. For the application of cellular automata in this project, a new tool has been developed in conjunction with the Software Development Group of the Department of Electronics of University of São Paulo. The modeling tool has been applied to model a popular dataset in mining which is the Waker Lake dataset (Isaaks e Srivastava,1989). The results showed that the approach has potential for ACs to the area of modeling of mineral resources and indicated the importance of defining an interpolation method most appropriate for evolutionary change of ACs for the dataset studied.

Nesse trabalho foi desenvolvido um software para simular a corrosão anisotrópica do silício, tendo como base o comportamento desta corrosão em soluções alcalinas (KOH). Esse software foi escrito na linguagem C++ para diversas plataformas e possui dois módulos básicos que são a Biblioteca de classes (denominada autosim) e uma Interface Gráfica (denominada AutoMEMS). A API desenvolvida possui classes que implementam 3 modelos de simulação da corrosão que se baseiam no modelo matemático do autômato celular, que são o Autômato Convencional, Estocástico e Contínuo. Por usar o autômato celular, permite realizar a simulação da corrosão do silício usando filme de mascaramento na frente e nas costas do substrato, os quais também podem conter geometrias arbitrárias. Além disso, a API implementa ferramentas de visualização que tem como objetivo, simplificar e representar as informações contidas nas matrizes de estados. Um exemplo de ferramenta de visualização é a ferramenta de detecção de contornos que analisa cada camada da matrizes e no final, cria todos os contornos encontrados. E por último, a biblioteca autosim fornece classes para a construção de outros autômatos celulares. A Interface Gráfica fornece ferramentas de desenhos para a construção de máscaras para as simulações e também, fornece ferramentas para configurar todos os parâmetros envolvidos na simulação. E por último, a Interface Gráfica visualiza todo o resultado da simulação numa janela gráfica 3D. O programa simula desde geometrias simples como quadrados, cruzes, L, cantilevers até geometrias mais complexas como uma estrutura de Wagon Wheel em formato de uma rosa dividida em ângulos de 1°. Também, permite definir matrizes de células de diversos tamanhos, desde matrizes pequenas (com 200x200x100 células) até matrizes gigantescas (com 4000x4000x100 células). Para matrizes pequenas, a simulação e detecção de contornos ocorre em tempo real, mas para matrizes maiores, esse tempo pode se estender a várias horas de processamento computacional, apesar de que, maiores quantidades de células melhoram a resolução da simulação. Todas as simulações realizadas possuem boa concordância com os resultados experimentais. Por exemplo, o aparecimento de cantos vivos convexos que ocorre na corrosão de uma ilha quadrada é prevista no simulador, o aparecimento de paredes inclinadas com orientação cristalográfica também é prevista pelo simulador de corrosão. / This work was developed a software for simulate the anisotropic etching silicon, based on the behavior this etch in alkaline solutions (KOH). The software was written in language C++ for various platforms and has two basic modules that are the library of classes (called autosim) and an Graphical Interface (called AutoMEMS). The API developed has classes that implement three models of etch simulation that based on mathematical model of cellular automata, that are the Conventional Automata, Stochastic and Continuous. To use the cellular automata, allows perform the anisotropic etching silicon simulation using masking film in front and back of substrate, which too may contain arbitrary geometrics. Also, the API implement tools of visualization that as objective, simplify and represent the informations contained in state matrix. A example of visualization tools is a tool of detection of contours that analyzes each layer of matrixs and in end, create all the contours found. And finally, the library autosim provides for construction of other cellular automatas. The Graphical Interface provides tools of drawing for construction of masks for simulations and too, provides tools for configure all parameters involved in simulation. And finally, a Graphical Interface view all the results of simulation in graphical window 3D. The software was simulation since simply geometries as square, cross, L, cantilevers until geometries more complex as a struture of Wagon Whell in format of a rose and divide in angle of 1° degree. Too, allows define matrixs of cells of various sizes, since small matrixs (with 200x200x200 cells) until big matrixs (with 4000x4000x100 cells). For small matrixs, the time of simulation and detection of contours is real-time, but, for big matrixs, this time can a several hours of computational processing, despite the fact that more quantities of cells improve the simulation resolution. All simulations fulfilled has good concordance with experimetals results, for example, the appearance of life corner convex that occurs in etching of island square and provided in simulator, the apperance of sloping walls with cristalographic orientation too and provided by simulator of etching.

Autômatos celulares e suas variações são atualmente utilizados para simulação de diversos processos físicos. De especial interesse para o campo de simulação de processos de micro-fabricação são os autômatos celulares para evolução de frentes circulares e elípticas e os autômatos celulares para corrosão anisotrópica de Si. No presente trabalho é apresentado um autômato celular alternativo para uso na simulação da evolução topográfica de uma superfície. Este autômato celular apresenta diversas vantagens em relação aos autômatos celulares reportados na literatura, como menor vizinhança e melhores resultados para grandes redes de células. Também foi avaliada a viabilidade do uso de um autômato celular multipartículas para simulação de processos de dopagem e oxidação térmica do silício. Este autômato celular multipartículas se mostrou uma alternativa interessante para simulação da dopagem de Si por impurezas. Aqui é apresentado também detalhes do software desenvolvido, o simMEMS, para incorporar estes autômatos celulares em um único ambiente, permitindo assim a simulação do processo de fabricação completo de inúmeros dispositivos como MEMS, MOEMS e dispositivos e circuitos microeletrônicos. São também, como exemplo, o processo de fabricação de um microespelho para projeção digital de luz, uma porta lógica NOR e uma microagulha para uso em uma matriz de eletrodos com aplicações em biologia e medicina. / Cellular automata and their variations are currently used to simulate a large range of physical phenomena. Of special interest to the microfabrication field are cellular automata for the propagation of circular and elliptical fronts as well as cellular automata for the simulation of silicon wet etching. Here an alternative cellular automaton for use in surface propagation is presented. This cellular automaton has several advantages over those reported in the literature, such as a smaller neighborhood e better results in large grid simulations. The results on the study on the viability of using a multiparticle cellular automaton for simulation of reaction diffusion systems in microfabrication simulation are also reported. The multiparticle cellular automaton was used to simulate both dopant diffusion in silicon and silicon thermal oxidation. This multiparticle cellular automaton was found to be of interest to the simulation of dopant diffusion in silicon. Details of the implementation of the software developed to incorporate these cellular automata, called simMEMS, and allow for the simulation of complex MEMS, MOEMS and microelectronic circuits and devices are also presented. The fabrication processes of several complex devices, including a micromirror for digital light projection, a quad NOR logic gate IC and a microneedle for use in a medical electrode array, are presented as an example of the capabilities of the simMEMS software.

Um importante componente de um sistema de informação geográfica (SIG), a álgebra de mapas consiste de uma linguagem e uma estruturação algébrica sôbre mapas em geral. Operações e as expressões que as definem, serão tanto mais algébricas quanto mais reflitam as propriedades típicas de álgebras matemáticas conhecidas, tais como a associatividade, a comutatividade e a distributividade, para operações; e a reflexividade, simetria e transitividade para relações. A construção de sentenças que irão descrever métodos de análise e modelagem em SIG. A abordagem mais corrente na implementação de álgebras de mapas consiste de pelo menos três estruturas focadas na natureza local, zonal ou focal dessas operações e relações. Em conseqüencia disso o vocabulário da linguagem resultante apresenta uma certa redundância de conceitos que dificulta a integração plena entre as tres estruturas resultantes. Este trabalho parte da premissa que locais, zonas e vizinhanças, são maneiras particulares de selecionar elementos de conjuntos de locais; e da observação que tais maneiras podem ser descritas por expressões da própria álgebra de mapas, como as usadas para exprimir comparações e operações Booleanas. A partir da introdução de um operador para modelar esse processo de seleção, cada local de interesse de uma área de estudo passa a ser caracterizado por sua interação com locais de algum conjunto, dado sob a forma de uma expressão também. Tais expressões podem explorar ao máximo as propriedades da álgebra proposta, sendo avaliadas sempre que necessário, ora para obter um valor local de um novo mapa, ora para decidir também localmente, sôbre a pertinência ou não de um local a uma região. Isso evita o custo de se criar representações de dados intermediários no processo de modelagem. Desse modo, além da economia de recursos computacionais, conceitos como zona e vizinhança passam a ser decorrências de suas próprias definições como expressões algébricas, e a linguagem, passa a não depender de especializações adicionais para nomes e operadores. Apenas vocabulários já bastante consolidados como os da álgebra dos números, da álgebras relacional e da algebra Booleana, além do jargão usual da estatística e, potencialmente, outras disciplinas, são relevantes para a descrição de modelos. Toda essa flexibilidade se deve à estratégia de implementação usada, fundamentada na teoria dos autômatos, que estabelece maior compromisso formal entre os temas relativos a linguagem e implementação, além de maior afinidade com técnicas de modelagem de aspectos dinâmicos de processos físicos e ambientais, em particular aquelas baseadas em autômatos celulares.

As conexões entre as células de um autômato celular tradicional são realizadas conforme um reticulado. Esse padrão de conexão faz com que o comprimento médio do menor caminho entre as células seja grande, exigindo que o autômato celular efetue várias evoluções para que o comportamento dinâmico de uma regra alcance todo o reticulado. O presente trabalho propõe a modificação na estrutura de conexão dos autômatos celulares empregando conceitos de redes complexas. É apresentado um processo de construção capaz de produzir redes que evoluem tanto para frente quanto para trás. O processo de construção de redes emprega uma variante de grafos dirigidos rotulados, permitindo que as redes geradas evoluam a partir do mesmo conjunto de regras utilizado pelo autômato celular tradicional. Experimentos empregando o cálculo de entropia, além de testes sobre aleatoriedade, foram realizados com o objetivo de investigar o comportamento dinâmico obtido por quatro redes distintas, geradas a partir do processo de construção de redes aqui proposto. Os experimentos indicam que, dependendo da estrutura de conexão, é possível reduzir de forma significativa a quantidade de evoluções necessárias para que uma perturbação inicial se propague por todas as células do reticulado. Uma aplicação direta dos resultados encontrados nesse trabalho consiste na elaboração de métodos criptográficos significativamente mais rápidos do que aqueles que empregam os autômatos celulares tradicionais.

O estadunidense Edward Fredkin, um pioneiro na área de computação, é conhecido por defender a hipótese do mundo natural ser fundamentalmente um sistema de computação digital se partirmos do princípio de que todas as grandezas físicas são discretas, de modo que cada unidade mínima de espaço e tempo possa assumir apenas uma quantidade finita de estados possíveis. Nesse cenário, as transições de estado do universo nas escalas mais elementares poderiam ser representadas por modelos de autômatos celulares, sistemas computacionais formados de unidades espaciais básicas (células) que modificam seus estados em dependência de uma regra de transição que toma o próprio estado da célula com relação às unidades vizinhas. Quando as mudanças de estados das células são consideradas em escalas maiores, é possível notar um comportamento coletivo que parece seguir uma regra própria, não contemplada na programação básica atuando no nível das células. Fredkin acredita que o nível mais microscópico de nosso universo funcione como um autômato celular e, quando sua computação é tomada em maiores escalas, o padrão coletivo é identificado com os elementos que definimos em nossa física atual como elétrons, moléculas, pedras, pessoas e galáxias, ainda que todos esses elementos macroscópicos sejam apenas o resultado de uma computação alterando estados presentes em unidades mínimas de espaço. Diante disso, a intenção deste trabalho é mostrar que a conjectura de Fredkin pode ser interpretada como uma hipótese reducionista, uma vez que todo sistema explicado por nossas teorias físicas podem ser completamente definidos em termos de uma estrutura computacional. / Edward Fredkin, an American computer pioneer, is known for defending that the natural world be fundamentally a digital computing system, assuming that all physical quantities are discrete, in a way that each unit of space and time can only attain a finite number of possible states. In this scenario, the state transitions of the universe, taking place in the most elementary scales, could be represented by cellular automata models, computer systems formed by basic space units (cells) that modify their states in dependence on a transition rule that takes the state of the cell itself with respect to neighboring units. When cell state changes are considered on larger scales, it is possible to notice a collective behavior that seems to follow a rule of its own, not contemplated in basic programming at the cell level. Fredkin believes that the most microscopic level of our universe works as a cellular automaton and when its computation is taken at larger scales, the collective pattern is identified with the elements we define in our current physics as electrons, molecules, stones, people and galaxies, although all these macroscopic elements are only the result of a computation altering the states in minimum space units. The purpose of this work is to show that Fredkin\'s conjecture can be interpreted as a reductionist hypothesis, since every system explained by our physical theories can be completely defined in terms of a computational structure.

Nesse trabalho foi desenvolvido um software para simular a corrosão anisotrópica do silício, tendo como base o comportamento desta corrosão em soluções alcalinas (KOH). Esse software foi escrito na linguagem C++ para diversas plataformas e possui dois módulos básicos que são a Biblioteca de classes (denominada autosim) e uma Interface Gráfica (denominada AutoMEMS). A API desenvolvida possui classes que implementam 3 modelos de simulação da corrosão que se baseiam no modelo matemático do autômato celular, que são o Autômato Convencional, Estocástico e Contínuo. Por usar o autômato celular, permite realizar a simulação da corrosão do silício usando filme de mascaramento na frente e nas costas do substrato, os quais também podem conter geometrias arbitrárias. Além disso, a API implementa ferramentas de visualização que tem como objetivo, simplificar e representar as informações contidas nas matrizes de estados. Um exemplo de ferramenta de visualização é a ferramenta de detecção de contornos que analisa cada camada da matrizes e no final, cria todos os contornos encontrados. E por último, a biblioteca autosim fornece classes para a construção de outros autômatos celulares. A Interface Gráfica fornece ferramentas de desenhos para a construção de máscaras para as simulações e também, fornece ferramentas para configurar todos os parâmetros envolvidos na simulação. E por último, a Interface Gráfica visualiza todo o resultado da simulação numa janela gráfica 3D. O programa simula desde geometrias simples como quadrados, cruzes, L, cantilevers até geometrias mais complexas como uma estrutura de Wagon Wheel em formato de uma rosa dividida em ângulos de 1°. Também, permite definir matrizes de células de diversos tamanhos, desde matrizes pequenas (com 200x200x100 células) até matrizes gigantescas (com 4000x4000x100 células). Para matrizes pequenas, a simulação e detecção de contornos ocorre em tempo real, mas para matrizes maiores, esse tempo pode se estender a várias horas de processamento computacional, apesar de que, maiores quantidades de células melhoram a resolução da simulação. Todas as simulações realizadas possuem boa concordância com os resultados experimentais. Por exemplo, o aparecimento de cantos vivos convexos que ocorre na corrosão de uma ilha quadrada é prevista no simulador, o aparecimento de paredes inclinadas com orientação cristalográfica também é prevista pelo simulador de corrosão. / This work was developed a software for simulate the anisotropic etching silicon, based on the behavior this etch in alkaline solutions (KOH). The software was written in language C++ for various platforms and has two basic modules that are the library of classes (called autosim) and an Graphical Interface (called AutoMEMS). The API developed has classes that implement three models of etch simulation that based on mathematical model of cellular automata, that are the Conventional Automata, Stochastic and Continuous. To use the cellular automata, allows perform the anisotropic etching silicon simulation using masking film in front and back of substrate, which too may contain arbitrary geometrics. Also, the API implement tools of visualization that as objective, simplify and represent the informations contained in state matrix. A example of visualization tools is a tool of detection of contours that analyzes each layer of matrixs and in end, create all the contours found. And finally, the library autosim provides for construction of other cellular automatas. The Graphical Interface provides tools of drawing for construction of masks for simulations and too, provides tools for configure all parameters involved in simulation. And finally, a Graphical Interface view all the results of simulation in graphical window 3D. The software was simulation since simply geometries as square, cross, L, cantilevers until geometries more complex as a struture of Wagon Whell in format of a rose and divide in angle of 1° degree. Too, allows define matrixs of cells of various sizes, since small matrixs (with 200x200x200 cells) until big matrixs (with 4000x4000x100 cells). For small matrixs, the time of simulation and detection of contours is real-time, but, for big matrixs, this time can a several hours of computational processing, despite the fact that more quantities of cells improve the simulation resolution. All simulations fulfilled has good concordance with experimetals results, for example, the appearance of life corner convex that occurs in etching of island square and provided in simulator, the apperance of sloping walls with cristalographic orientation too and provided by simulator of etching.