Made available in DSpace on 2017-07-21T19:26:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Yuri Aparecido Opata.pdf: 4954287 bytes, checksum: c870711b60baa7a02a2a9d07afe3f6bd (MD5) Previous issue date: 2014-03-21 / This work presents an experimental study of changes in structural, electrical, magnetic, and mechanical properties / No presente trabalho é apresentado um estudo experimental das mudanças nas propriedades estruturais, elétricas, magnéticas e mecânicas

Orientador: Mário Noboru Tamashiro / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-10-31T13:34:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_FranciscoOlivade_M.pdf: 8605584 bytes, checksum: 238f8b9df41bbaab50c51d355549ac7d (MD5) Previous issue date: 2016 / Resumo: Neste trabalho é realizada uma sintética revisão bibliográfica acerca do estudo de filmes monomoleculares na interface ar-água (filmes de Langmuir), seu desenvolvimento histórico e relação atual com tópicos avançados em física de membranas biológicas e biomiméticas, além das vantagens e desvantagens de algumas técnicas experimentais para caracterização de filmes de Langmuir. Visando a descrição de filmes de Langmuir formados por fosfolipídios, são discutidos alguns modelos teóricos como preâmbulo para a apresentação do modelo de gás de rede de Doniach (Doniach lattice gas: DLG), para o qual é apresentada a solução em aproximação de pares, implementada através de cálculos exatos na rede de Bethe. Por fim, os parâmetros do modelo em aproximação de pares são ajustados a dados experimentais obtidos de isotermas de compressão-expansão para dois fosfolipídios zwitteriônicos: o dimiristoilfosfatidilcolina (DMPC) e o dipalmitoilfosfatidilcolina (DPPC) / Abstract: In this work, we present a brief bibliographic review on the study of monomolecular films on the air-water interface (Langmuir films), their historical development and present relation with advanced subjects on biological and biomimetic membranes, besides the advantages and disadvantages of certain experimental techniques for the characterization of Langmuir films. In order to describe phospholipid Langmuir films, we discuss some theoretical models as a preamble to presenting the Doniach lattice gas (DLG) model, which we solve in the pair approximation, implemented through exact calculations on the Bethe lattice. Finally, we adjust the parameters of the model in the pair approximation to experimental data obtained from compression-expansion isotherms for two zwitterionic phospholipids: dimyristoylphosphatidylcholine (DMPC) and dipalmitoylphosphatidylcholine (DPPC) / Mestrado / Física / Mestre em Física / 1186359/2013 / CAPES

Nesta dissertação, mostramos as primeiras aplicações do recém criado Anstz do Produto Matricial [8] na solução exata das matrizes de transferência associadas a modelos de vértices. A integrabilidade dos modelos é obtida diagonalizando-se a matriz de transferência diagonal-para-diagonal. Foram estudados duas classes de modelos. Na primeira delas introduzimos novos modelos de vértices, que denominamos de modelos de 5 vértices interagentes. Nestes modelos os vértices além das interações usuais de vizinhos próximos, dadas pela regra do gelo, possuem também interações de natureza repulsiva ao longo da diagonal. O famoso modelo de 6 vértices é obtido num limite particular deste novo modelo. O espectro da matriz de transferência, analogamente ao que acontece no ansatz de Bethe tradicional é dado em termos de solução de equações não lineares. Um estudo analítico e numérico destas equações foi feito para o modelo de 6 vértices que está contido nesta primeira classes de modelos. Tais resultados, juntamente com as idéias de invariância conforme, nos permitiram estudar o modelo em seu regime crítico. A segunda classe de modelos que estudamos foram os modelos de 10 vértices que satisfazem às regras do gelo. Obtivemos todos os possíveis modelos exatamente integráveis desta classe, reobtendo resultados da literatura bem como novos resultados. / In this dissertation we present the first application of a recent introduces Matrix Product Ansatz [8], in the exact solution of the transfer matrices associated to vertex models. The exact integrability is obtained through the diagonalization of the diagonal-to-diagonal transfer matrix. We studied two classes of models. In the first one we introduced new vertex models, that we call as interacting 5 vertex models. On these models beyond the nearest-neighbor interactions among the vertices, imposed by the ice rule, they also have repulsive interactions along the diagonal. The famous 6-vertex model is just a special case this class of models. The eigenspectrum of this transfer matrix, analogously as in the traditional Bethe ansatz, is obtained in terms of the roots of nonlinear equation. An analytical and numerical study of these equations we done on the first class. These results together with the machinery coming from conformal invariance allow us the study the model on its critical region. The second class of models we considered were the 10 vertex models that satisfy ice rules we obtained all the possible exact integrable models on this class, rederiving earlier results on the literature as were producing new ones.

A capacidade de um sistema sensorial detectar estímulos eficientemente é tradicionalmente dimensionada pela faixa dinâmica, que é simplesmente uma medida da extensão do intervalo de intensidades de estímulo para as quais a rede é suficientemente sensível. Muitas vezes, sistemas biológicos exibem largas faixas dinâmicas, que abrangem diversas ordens de magnitude. A compreensão desse fenômeno não é trivial, haja vista que todos os neurônios apresentam janelas de sensibilidade muito estreitas. Tentativas de explicação baseadas em argumentos de recrutamento sequencial dos neurônios sensoriais, com efeitos essencialmente aditivos, simplesmente não são realísticas, haja vista que seria preciso que os limiares de ativação das unidades também apresentassem um escalonamento por várias ordens de magnitude, para cobrir a faixa dinâmica empiricamente observada em nível macroscópico. Notavelmente, o modelo Kinouchi-Copelli (KC), que carrega o nome de seus idealizadores, mostrou que aquele comportamento pode ser um efeito coletivo (não aditivo) do conjunto de neurônios sensoriais. O modelo KC é uma rede de unidades excitáveis com dinâmicas estocásticas e acoplados segundo uma topologia de grafo aleatório. Kinouchi e Copelli mostraram que a taxa espontânea de disparo dos neurônios (ou atividade média) sinaliza uma transição de fase fora do equilíbrio do tipo ordem-desordem, e que exatamente no ponto crítico desta transição (em termos de um parâmetro ligado às características estruturais da rede) a sensibilidade a estímulos externos é máxima, ou seja, a faixa dinâmica exibe uma otimização crítica. Neste trabalho, investigamos como o ponto crítico depende da topologia, utilizando os modelos mais comuns das chamadas redes complexas. Além disso, estudamos computacionalmente os padrões de atividade (avalanches neuronais) exibidos pelo modelo, com especial atenção às mudanças qualitativas de comportamento devido às mudanças de topologia. Comentaremos também a relação desses resultados com experimentos recentes de monitoramento de dinâmicas neurais. / The capacity of a sensory system in efficiently detecting stimuli is usually given by the dynamic range, a simple measure of the range of stimulus intensity over which the network is sensible enough. Many times biological systems exhibit large dynamic ranges, covering many orders of magnitude. There is no easy explanation for that, since individual neurons present very short dynamic ranges isolatedly. Arguments based on sequential recruitment are doomed to failure since the corresponding arrangement of the limiar thresholds of the units over many orders of magnitude is unrealistic. Notably the so-called Kinouchi-Copelli (KC) model strongly suggested that large dynamic range should be a collective effect of the sensory neurons. The KC model is a network of stochastic excitable elements coupled as a random graph. KC showed the spontaneous activity of the network signals an order-disorder nonequilibrium phase transition and that the dynamic range exhibits an optimum precisely at the critical point (in terms of a control parameter related to structural properties of the network). In this work, we investigate how the critical point depends on the topology, considering the alternatives among the standard complex networks. We also study the burts of activity (neuronal avalanches) exhibited by the model, focusing on the qualitative changes due to alternative topologies. Finally we comment on possible connections among our results and recent observations of neural dynamics.

A cromodinâmica quântica (QCD) é a teoria fundamental que rege as interações fortes, cujas partículas elementares são os quarks e gluons. Em termos de escala de energia, a QCD é caracterizada pela liberdade assintótica (quarks e glúons aproximadamente livres) e confinamento de cor (quarks e gluons confinados dentro de hádrons), sendo o primeiro tratado de maneira perturbativa e o último sendo um fenômeno intrinsicamente não-perturbativo. À temperatura finita, conforme se aumenta a temperatura, a matéria hadrônica sofre uma transição de fase do tipo crossover indo de um gás de hádrons ao plasma de quarks e glúons (QGP). Na vizinhança do crossover, onde os hádrons estão ``derretendo\'\' para formar o QGP, a QCD se encontra em uma região não perturbativa e portanto o QGP nessa região é fortemente acoplado, dificultando estudos analíticos. A chamada dualidade AdS/CFT, também conhecida como holografia, aparece para oferecer uma oportunidade única para o estudo do QGP ao prover um mapa entre teorias fortemente acopladas (muito difícil de serem resolvidas) e uma teoria de gravitação clássica. Na frente experimental, o estudo do QGP é feito em aceleradores de partículas colidindo íons pesados ultrarelativísticos. Nestes experimentos, o QGP criado sofre rápida expansão, com uma intrincada interação entre escalas duras e moles de energia, do estado inicial ao estado final. Tal cenário evidencia a necessidade de formular uma teoria para o QGP que inclua propriedades fora do equilíbrio. Afortunadamente, a dualidade holográfica encaixa-se bem para essa tarefa. Resolvendo-se as equações de Einstein dependentes do tempo, um problema da área da relatividade geral numérica, é possível estudar fenômenos fora do equilíbrio de plasmas fortemente acoplados. Ademais, o diagrama de fase da QCD no plano (T,mu_B), onde T é a temperatura e mu_B o potencial químico bariônico, permanece amplamente desconhecido devido a sua natureza não-perturbativa. Em particular, é conjecturada a existência de um ponto crítico delimitando o crossover de uma transição de fase de primeira ordem. Motivados por tais fatos, esta tese utiliza a dualidade holográfica para analisar o papel do ponto crítico na dinâmica fora do equilíbrio. Por exemplo, é apresentado aqui um estudo de como o ponto crítico afeta o tempo que leva para um plasma não-Abeliano fortemente acoplado adquirir comportamento hidrodinâmico partindo de um estado completamente fora do equilíbrio. / Quantum Chromodynamics (QCD) is the fundamental theory that governs the strong interaction, whose fundamental particles are quarks and gluons. In terms of energy scales, QCD is characterized by asymptotic freedom (approximately free quarks and gluons) and color confinement (quarks and gluons confined inside hadrons), where the former can be treated perturbatively and the latter is an intrinsic non-perturbative phenomenon. At finite temperature, hadronic matter undergoes a crossover phase transition from a gas of hadrons to the quark-gluon plasma (QGP) as the temperature increases. Near the crossover, where hadrons ``melt\'\' to release quarks and gluons, QCD is in its non-perturbative regime and the QGP is strongly coupled, posing great challenges for analytical studies. The so-called AdS/CFT duality, also known as holography, comes to offer a unique opportunity to study the QGP by providing a map between strongly coupled theories (which are generally very hard to solve) and a classical theory of gravity. On the experimental front, the study of the QGP is carried out in particle accelerators by colliding ultrarelativistic heavy ions. In these experiments, the QGP created undergoes rapid expansion and there is a very intricate interplay between soft and hard scales, from initial conditions to final the stream of particles. This scenario makes it evident that one must understand the QGP also out of equilibrium. Fortunately, holography is well suited for this task. By solving the time dependent Einstein\'s equations, using general techniques previously employed in numerical general relativity, one can study non-equilibrium phenomena of strongly coupled plasmas. Furthermore, the QCD phase diagram on the (T,mu_B) plane, where T is the temperature and mu_B the baryon chemical potential, remains largely unknown due to its non-perturbative aspects. In particular, it is conjectured the existence of a critical point delimiting the crossover region from the first order phase transition. Motivated by these facts, this thesis employs holography to analyze the role of the critical point on far-from-equilibrium dynamics. For instance, it is investigated how the critical point affects the time that it takes for a strongly coupled plasma to display hydrodynamic behavior starting from a far-from-equilibrium initial state.

Com os avanços em eletrônica analógica e digital dos últimos 50 anos, a neurociência ganhou grande momentum e nasceu uma de suas áreas que atualmente mais recebe financiamento: neurociência computacional. Estudos nessa área, ainda considerada recente, vão desde estudos moleculares de trocas iônicas por canais iônicos (escala nanométrica), até influências de populações neurais no comportamento de grandes mamíferos (escala de até metros). O coração da neurociência computacional compreende técnicas inter- e multidisciplinares, envolvendo biologia de sistemas, bioquímica, modelagem matemática, estatística, termodinâmica, física estatística, etc. O impacto em áreas de grande interesse, como o desenvolvimento de fármacos e dispositivos militares, é a grande força motriz desta área. Especificamente para este último, a compreensão do código neural e como informação sensorial é trabalhada por populações de neurônios é essencial. E ainda estamos num estágio muito inicial de desvendar todo o funcionamento de muitos dos sistemas sensoriais mais complexos. Um exemplo é de um dos sentidos que parece existir desde as formas mais primitivas de vida: o olfato. Em mamíferos, o número de estudos parece sempre crescer com os anos. Ainda estamos, no entanto, longe de um consenso sobre o funcionamento de muitos dos mecanismos básicos do olfato. A literatura é extensa em termos bioquímicos e comportamental, mas reunir tudo em um único modelo é talvez o grande desafio atual. Nesta tese discuto, em duas partes, sistemas sensoriais seguindo uma linha bastante ligada ao sistema olfativo. Na primeira parte, um modelo formal que lembra o bulbo olfativo (de mamíferos) é considerado para investigar a relação entre a performance da codificação neural e a existência de uma dinâmica crítica. Em especial, discuto sobre últimos experimentos baseados em observações de leis de potência como evidências da existência de criticalidade e ótima performance em populações neurais. Mostro que, apesar de a performance das redes estar, sim, ligada ao ponto crítico do sistema, a existência de leis de potência não está ligada nem com tal ponto crítico, nem com a ótima performance. Experimentos recentes confirmam estas observações. Na segunda parte, discuto e proponho uma modelagem inicial para o órgão central do sentido olfativo em insetos: o Corpo Cogumelar. A novidade deste modelo está na integração temporal, além de conseguir tanto fazer reconhecimento de padrões (qual odor) e estimativa de concentrações de odores. Com este modelo, proponho uma explicação para uma recente observação de antecipação neural no Corpo Cogumelar, em que sua última camada paradoxalmente parece antecipar a primeira camada. Proponho a existência de um balanço entre agilidade do código neural contra acurácia no reconhecimento de padrões. Este balanço pode ser empiricamente testado. Também proponho a existência de um controle de ganho no Corpo Cogumelar que seria responsável pela manutenção dos ingredientes principais para reconhecimento de padrões e aprendizado. Ambas estas partes contribuem para o compreendimento de como sistemas sensoriais operam e quais os mecanismos fundamentais que os fornecem performance invejável. / With the advances in digital and analogical electronics in the last 50 years, neuroscience gained great momentum and one of its most well-financed sub-areas was born: computational neuroscience. Studies in this area, still considered recent by many, range from the ionic balance in the molecular level (scale of few nanometers), up to how neural populations influence behavior of large mammalians (scale of meters). The computational neuroscience core is highly based on inter- and multi-disciplinary techniques, involving systems biology, biochemistry, mathematical modeling, thermodynamics, statistical physics, etc. The impact in areas of current great interest, like in pharmaceutical drugs development and military devices, is its major flagship. Specifically for the later, deep understanding of neural code and how sensory information is filtered by neural populations is essential. And we are still grasping at the surface of really understanding many of the complex sensory systems we know. An example of such sensory modality that coexisted among all kinds of life forms is olfaction. In mammalians, the number of studies in this area seems to be growing steadily. However, we are still far from a complete agreement on how the basic mechanisms in olfaction work. There is a large literature of biochemical and behavioral studies, yet there is not a single model that comprises all this information and reproduces any olfactory system completely. In this thesis, I discuss in two parts sensory systems following a general line of argument based on olfaction. In the first part, a formal model that resembles the olfactory bulb (mammalians) is considered to investigate the relationship between performance in information coding and the existence of a critical dynamics. I show that, while the performance of neural networks may be intrinsically linked to a critical point, power laws are not exactly linked to neither critical points or performance optimization. Recent experiments corroborate this observation. In the second part, I discuss and propose a first dynamical model to the central organ responsible for olfactory learning in insects: the Mushroom Bodies. The novelty in this model is in the time integration, besides being able of pattern recognition (which odor) and concentration estimation at the same time. With this model, I propose an explanation for a seemingly paradoxical observation of coding anticipation in the Mushroom Bodies, where the last neural layer seems to trail the input layer. I propose the existence of a balance between accuracy and speed of pattern recognition in the Mushroom Bodies based on its fundamental morphological structure. I also propose the existence of a robust gain-control structure that sustain the key ingredients for pattern recognition and learning. This balance can be empirically tested. Both parts contribute to the understanding of the basic mechanisms behind sensory systems.

Neste trabalho, nós investigamos o comportamento crítico dinâmico de três modelos estatísticos utilizando simulações Monte Carlo em tempos curtos. Inicialmente, estudamos os modelos tridimensionais de dupla-troca e de Heisenberg. O expoente dinâmico de persistência global, bem como o expoente z são estimados através de duas técnicas. Para obter o expoente de persistência global, aplicamos diretamente a lei de potência obtida para a probabilidade de persistência global e em seguida fizemos o colapso de uma função universal para duas redes de tamanhos diferentes. Para estimar o valor de z, nós usamos uma função mista que combina resultados de simulações realizadas com diferentes condições iniciais e o cumulante de Binder de quarta ordem dependente do tempo. O expoente dinâmico que governa o comportamento tipo lei de potência da magnetização inicial, é estimado através da correlação temporal da magnetização (modelos de dupla-troca e Heisenberg) e da aplicação direta de uma lei de potência (modelo de Heisenberg). Os expoentes estáticos da magnetização e comprimento de correlação são estimados seguindo o comportamento de escala do parâmetro de ordem e sua derivada, respectivamente. Os resultados confirmam que esses dois modelos pertencem à mesma classe de universalidade. Em seguida, alguns expoentes críticos dinâmicos e estáticos são estimados no ponto de bifurcação do modelo de spin com simetria Z(5) bidimensional. Neste ponto, o modelo apresenta dois parâmetros de ordem diferentes, cada um possuindo um conjunto diferente de índices críticos. Os valores dos expoentes críticos estáticos estão em boa concordância com os resultados exatos. Até onde sabemos, está é a primeira tentativa de se obter os expoentes críticos dinâmicos para os modelos de dupla troca, Heisenberg e para o modelo Z(5). / In this work, we investigate the dynamic critical behavior of three statistical models by using short-time Monte Carlo simulations. At first, we study the three-dimensional double-exchange and Heisenberg models. The global persistence exponent, as well as the exponent z are estimated through two techniques. The dynamical exponent of global persistence is obtained by using the straight application of the power law obtained for the global persistence probability and by following the scaling collapse of a universal function for two diferent lattice sizes. To estimate the value of z, we use a mixed function which combines results obtained from samples submitted to diferent initial configurations and the time dependent fourth-order Binder cumulant. The dynamical exponent which governs the power law behavior of the initial magnetization, is estimated through the time correlation of the magnetization (double-exchange and Heisenberg models) and through the straight application of a power law(Heisenberg model). The statical exponents of the magnetization and correlation length are estimated through the scaling behavior of the order parameter and its derivative, respectively. The results confirm which those models belong to the same universality class. Following, the dynamical exponents and the statical exponents are estimated at the bifurcation point of the two-dimensional Z(5)-symmetric spin model. In this point, the model presents two diferent order parameters, each one possessing a diferent set of critical indices. The values of the static critical exponents are in good agreement with the exact results. Our study is, to the best of our knowledge, the first attempt to obtain the dynamic critical exponents of the double-exchange, Heisenberg, and Z(5) models.

Made available in DSpace on 2017-07-21T19:25:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lincoln Brum Leite Gusmao Pinheiro.pdf: 12018652 bytes, checksum: 549713a741e1a24e716f1b228a4d2109 (MD5) Previous issue date: 2010-04-09 / The effect of Er substitution on the mechanical properties of ab and a(b)c planes of melt-textured Y Ba2Cu3O7 is reported in the present work. The samples were characterized by scanning electron microscopy, X-ray diffraction, resistivity measurements and mechanical properties by instrumented indentation and conventional Vickers measurement. The X-ray pattern and EDS analysis revealed the presence of Y-123, Y-211 and BaCeO3. Er substitution did not affect the superconducting properties. No difference in hardness was observed for the ab and a(b)c-plane. Elastic modulus of the a(b)c-plane was 10 % higher than of the ab-plane. Difference in indentation fracture toughness obtained by conventional Vickers indentation of the ab and a(b)c-planes was observed. The 5 % Er addition did not affect significantly the mechanical properties of melt-textured samples when compared with pure melt-textured Y Ba2Cu3O7. We have also studied fluctuations on the electrical conductivity in the samples. Two samples with different disorder states were studied. To identify power-law divergences of the conductivity, the results were analyzed in terms of the temperature derivative of the resistivity (d=dT ) and of the logarithmic temperature derivative of the conductivity (d(ln)=dT ). For sample with extreme granularity, we have observed for J k ab configuration a regime corresponding to the exponent u 1:6 0:1. For homogeneous sample, the fluctuations above the critical temperature are highly anisotropic: Gaussian regimes are observed for J ab configuration and critical regimes for J k ab configuration. Also, the data showed the occurrence of a two-stage transition, but it was not observed power-law behavior in the regime of near-zero resistance state. / O presente trabalho apresenta o efeito da substituição do érbio nas propriedades mecânicas de amostras texturizadas de Y Ba2Cu3O7. As referidas propriedades foram estudadas tanto ao longo de planos paralelos ao plano de condução ab, quanto ao longo dos planos a(b)c. As amostras foram caracterizadas por difração de raios-X, microscopia eletrônica de varredura, análise EDS, medidas de resistividade elétrica e medidas de magnetização. As propriedades mecânicas foram estudadas por indentação instrumentada e microdureza Vickers. O padrão de difração de raios-X e a análise EDS revelaram a presença das fases Y-123, Y-211 e BaCeO3. Notouse que a substituição do érbio não afetou as propriedades supercondutoras. Não foi observada correlação entre a dureza e a orientação dos planos. Contudo, o módulo elástico mostrou-se anisotrópico, sendo 10 % maior no plano a(b)c que no plano ab. A tenacidade à fratura também apresentou anisotropia. A adição de 5 % de érbio não evidenciou nenhuma mudança significativa nas propriedades mecânicas, reproduzindo o conhecido para o YBCO puro texturizado. Também, foi estudado o efeito das flutuações térmicas sobre a condutividade elétrica das amostras. Foram investigadas duas amostras com graus de desordem diferentes. Para analisar as leis de potência que regem a divergência da condutividade elétrica, nessas mesmas duas amostras, foram usadas a derivada da resistividade em função da temperatura (d=dT ) e a derivada logarítmica da condutividade em relação à temperatura (d(ln)=dT ). Para a amostra extremamente granular, foi observado um regime do expoente u 1:6 0:1, para a configuração J k ab. Para a amostra homogênea, as flutuações acima da temperatura crítica mostraram-se fortemente anisotrópicas: regimes Gaussianos foram observados para a configuração J ab e regimes genuinamente críticos para J k ab. Os dados também evidenciaram uma transição que ocorre em dois estágios, entretanto, não foram identificados regimes em lei de potência na aproximação do estado de resistência nula.

Investigações da dinâmica crítica em modelos de magnetismo, para tempos curtos, têm aparecido com grande freqüência na literatura. Essa técnica foi descoberta por Li, Schülke e Zheng que, inspirados em trabalhos anteriores de Huse e Janssen et al., mostraram que generalizações de grandezas como a magnetização e o cumulante de Binder exibem comportamento universal já no início da simulação. O estudo da criticalidade em tempos curtos proporciona um caminho alternativo para a estimativa do expoente z, além de permitir o cálculo de um novo expoente dinâmico θ, associado ao comportamento anômalo da magnetização. Da mesma forma, simulações dependentes do tempo tornaram-se ferramenta útil para estudar transições de fase em autômatos celulares e modelos de spin. Em particular, as melhores estimativas para o expoente z do Ising bidimensional foram obtidas por meio da técnica de propagação de danos, introduzida por Kauffman no estudo de autômatos e mais tarde generalizada para modelos de spin. Na primeira parte deste trabalho utilizamos o método Monte Carlo em tempos curtos para investigar o modelo de Baxter-Wu, definido em uma rede bidimensional triangular com variáveis do tipo Ising, acopladas por interações de três corpos. Obtivemos os expoentes críticos dinâmicos z e θ além dos índices críticos estáticos ß e Nû. Os resultados não corroboram aqueles recentemente obtidos por Santos e Figueiredo para o expoente z. Na segunda parte do trabalho, investigamos a propagação de danos no modelo de Ising unidimensional submetido a duas dinâmicas propostas por Hinrichsen e Domany (HD). Em particular, nós estudamos o efeito da atualização síncrona (paralela) e assíncrona (dinâmica contínua) sobre o espalhamento do dano. Mostramos que o dano não se propaga quando a segunda dinâmica é implementada de forma assíncrona. Também mostramos que as regras para atualização do dano produzidas por essa dinâmica, quando a temperatura vai a infinito e um certo parâmetro Lambda é igual a zero, são equivalentes àquelas do bem conhecido autômato celular (modelo A) de Grassberger. / Short-time simulations have been used with great frequency in the literature. That technique was discovered by Li, Shülke and Zheng that, inspired in previous works by Huse and Janssen et al., showed that generalizations of quantities like magnetization and the Binder´s cumulant exhibit universal behavior in the beginning of the simulation (early time behavior). The study of criticality in short-times provides an alternative way to estimate the dynamic critical exponent z, besides allowing the calculation of a new dynamic exponent θ, associated to the anomalous behavior of the magnetization. In the same way, time-dependent simulations became a useful tool to study phase transitions in cellular automata and also for spin models. In fact, the best estimates for the exponent z of the two-dimensional Ising model were obtained through the technique of damage spreading, introduced by Kauffman in the study of cellular automata, later widespread for spin models. In the first part of this work we used short-time Monte Carlo simulations to investigate the Baxter-Wu model, defined in a triangular lattice whose variables are Ising-like coupled by triplet interactions. We have obtained estimates for the dynamic critical exponents z and θ besides static exponents ß e Nû. Our results do not corroborate recent estimates by Santos and Figueiredo for the critical exponent z. In the second part of this work, we investigated the damage spreading in the one-dimensional Ising model under two dynamics introduced by Hinrichsen and Domany (HD). In particular, we study the effects of synchronous (parallel) and asynchronous (continuous dynamics) updating on the spreading properties. We showed that the damage does not spread when the second dynamic is implemented in an asynchronous way. We found that the rules for updating the damage produced by this dynamic, as the temperature goes to infinity and a certain parameter Lambda is zero, are equivalent to those of Grassberger’s well-known model A cellular automaton.

Com os avanços em eletrônica analógica e digital dos últimos 50 anos, a neurociência ganhou grande momentum e nasceu uma de suas áreas que atualmente mais recebe financiamento: neurociência computacional. Estudos nessa área, ainda considerada recente, vão desde estudos moleculares de trocas iônicas por canais iônicos (escala nanométrica), até influências de populações neurais no comportamento de grandes mamíferos (escala de até metros). O coração da neurociência computacional compreende técnicas inter- e multidisciplinares, envolvendo biologia de sistemas, bioquímica, modelagem matemática, estatística, termodinâmica, física estatística, etc. O impacto em áreas de grande interesse, como o desenvolvimento de fármacos e dispositivos militares, é a grande força motriz desta área. Especificamente para este último, a compreensão do código neural e como informação sensorial é trabalhada por populações de neurônios é essencial. E ainda estamos num estágio muito inicial de desvendar todo o funcionamento de muitos dos sistemas sensoriais mais complexos. Um exemplo é de um dos sentidos que parece existir desde as formas mais primitivas de vida: o olfato. Em mamíferos, o número de estudos parece sempre crescer com os anos. Ainda estamos, no entanto, longe de um consenso sobre o funcionamento de muitos dos mecanismos básicos do olfato. A literatura é extensa em termos bioquímicos e comportamental, mas reunir tudo em um único modelo é talvez o grande desafio atual. Nesta tese discuto, em duas partes, sistemas sensoriais seguindo uma linha bastante ligada ao sistema olfativo. Na primeira parte, um modelo formal que lembra o bulbo olfativo (de mamíferos) é considerado para investigar a relação entre a performance da codificação neural e a existência de uma dinâmica crítica. Em especial, discuto sobre últimos experimentos baseados em observações de leis de potência como evidências da existência de criticalidade e ótima performance em populações neurais. Mostro que, apesar de a performance das redes estar, sim, ligada ao ponto crítico do sistema, a existência de leis de potência não está ligada nem com tal ponto crítico, nem com a ótima performance. Experimentos recentes confirmam estas observações. Na segunda parte, discuto e proponho uma modelagem inicial para o órgão central do sentido olfativo em insetos: o Corpo Cogumelar. A novidade deste modelo está na integração temporal, além de conseguir tanto fazer reconhecimento de padrões (qual odor) e estimativa de concentrações de odores. Com este modelo, proponho uma explicação para uma recente observação de antecipação neural no Corpo Cogumelar, em que sua última camada paradoxalmente parece antecipar a primeira camada. Proponho a existência de um balanço entre agilidade do código neural contra acurácia no reconhecimento de padrões. Este balanço pode ser empiricamente testado. Também proponho a existência de um controle de ganho no Corpo Cogumelar que seria responsável pela manutenção dos ingredientes principais para reconhecimento de padrões e aprendizado. Ambas estas partes contribuem para o compreendimento de como sistemas sensoriais operam e quais os mecanismos fundamentais que os fornecem performance invejável. / With the advances in digital and analogical electronics in the last 50 years, neuroscience gained great momentum and one of its most well-financed sub-areas was born: computational neuroscience. Studies in this area, still considered recent by many, range from the ionic balance in the molecular level (scale of few nanometers), up to how neural populations influence behavior of large mammalians (scale of meters). The computational neuroscience core is highly based on inter- and multi-disciplinary techniques, involving systems biology, biochemistry, mathematical modeling, thermodynamics, statistical physics, etc. The impact in areas of current great interest, like in pharmaceutical drugs development and military devices, is its major flagship. Specifically for the later, deep understanding of neural code and how sensory information is filtered by neural populations is essential. And we are still grasping at the surface of really understanding many of the complex sensory systems we know. An example of such sensory modality that coexisted among all kinds of life forms is olfaction. In mammalians, the number of studies in this area seems to be growing steadily. However, we are still far from a complete agreement on how the basic mechanisms in olfaction work. There is a large literature of biochemical and behavioral studies, yet there is not a single model that comprises all this information and reproduces any olfactory system completely. In this thesis, I discuss in two parts sensory systems following a general line of argument based on olfaction. In the first part, a formal model that resembles the olfactory bulb (mammalians) is considered to investigate the relationship between performance in information coding and the existence of a critical dynamics. I show that, while the performance of neural networks may be intrinsically linked to a critical point, power laws are not exactly linked to neither critical points or performance optimization. Recent experiments corroborate this observation. In the second part, I discuss and propose a first dynamical model to the central organ responsible for olfactory learning in insects: the Mushroom Bodies. The novelty in this model is in the time integration, besides being able of pattern recognition (which odor) and concentration estimation at the same time. With this model, I propose an explanation for a seemingly paradoxical observation of coding anticipation in the Mushroom Bodies, where the last neural layer seems to trail the input layer. I propose the existence of a balance between accuracy and speed of pattern recognition in the Mushroom Bodies based on its fundamental morphological structure. I also propose the existence of a robust gain-control structure that sustain the key ingredients for pattern recognition and learning. This balance can be empirically tested. Both parts contribute to the understanding of the basic mechanisms behind sensory systems.