Submitted by Irene Nascimento (irene.kessia@ufpe.br) on 2016-09-27T18:39:30Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) RicardoDeAndradeAraujo.pdf: 2136922 bytes, checksum: 3bf9d638152b4cc1870ed7c533772fae (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-27T18:39:30Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) RicardoDeAndradeAraujo.pdf: 2136922 bytes, checksum: 3bf9d638152b4cc1870ed7c533772fae (MD5) Previous issue date: 2016-01-01 / CNPQ / Este trabalho apresenta um estudo sobre séries temporais financeiras, em alta-frequência, na tentativa de identificar as características do seu fenômeno gerador e, baseado neste estudo, propor um modelo, composto por uma combinação balanceada entre operadores lineares e operadores não-lineares crescentes e decrescentes, capaz de prever este tipo particular de série temporal. Para o processo de aprendizagem, é proposto um método baseado em gradiente descendente, utilizando ideias do algoritmo de retropropagação do erro (back propagation, BP) e uma abordagem alternativa para superar o problema da não-diferenciabilidade dos operadores não-lineares. Uma análise experimental é conduzida com o modelo proposto, utilizando um conjunto de séries temporais financeiras, em alta-frequência, do mercado de ações Brasileiro: Banco do Brasil SA, Banco Bradesco SA, Brasil Foods SA, BR Malls Participações SA e Companhia Energética Minas Gerais. Nestes experimentos, um conjunto relevante de medidas é utilizado para avaliar o desempenho preditivo do modelo proposto, e os resultados alcançados superam aqueles obtidos utilizando técnicas estatísticas, neurais e híbridas apresentadas na literatura. Também, são realizadas simulações com um sistema de apoio à decisão, baseado em previsão, para compra e venda de ações, tendo em vista demonstrar o desempenho econômico expressivo do modelo proposto no mercado de ações, em alta-frequência. / This work presents a study about high-frequency financial time series to identify the characteristics of their generator phenomenon and, based on such study, to propose a model, composed of a balanced combination of linear operators and increasing and decreasing nonlinear operators, able to predict this kind of time series. For the learning process, it is proposed a descent gradient-based method, using ideas from the back propagation (BP) algorithm and a systematic approach to overcome the problem of nondifferentiability of nonlinear operators. An experimental analysis is conducted with the proposed model, using a set of highfrequency financial time series of the Brazilian stock market: Banco do Brasil SA, Banco Bradesco SA, Brasil Foods SA, BR Malls Participações SA and Companhia Energética Minas Gerais. In these experiments, a relevant set of measures are used to assess the prediction performance of the proposed model, and the achieved results overcome those obtained by statistical, neural and hybrid techniques presented in the literature. Also, it is performed simulations with a prediction-based decision support system, for buy and sale of stocks, to demonstrate the significant economic performance of the proposed model in real high-frequency stock market

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:39:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Olivia Morgan Lapenta.pdf: 1151745 bytes, checksum: 91e51a2bad20664489c6aae6c59924b6 (MD5) Previous issue date: 2012-08-17 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The Mental Simulation theory suggests activation of the motor network during imagery and execution of movements, similarly to the activation during observation and execution of actions, which is mediated by the Mirror Neuron System. This activation can be measured using eletroencefalography register of Mu rhythm suppression. It is propose that motor network activation and therefore increase of cortical excitability at primary motor cortex and Mu dessynchronization are due to premotor Miror-Neuron System inputs. Transcranial direct current stimulation is a neuromodulation technique that induce facilitation and inhibition of neural firing leading to enhance or decrease in cortical excitability, respectively. Thus, we propose to evaluate the polarity dependent effects of this technique in the Mu rhythm during biological and non-biological movements observation and imagery tasks. Therefore we applied anodal, cathodal and sham stimulation in 21 male subjects (mean age 23.8+3,06), over left primary motor cortex (2mA for 20min) and immediately after we registered the electroencephalography considering the electrodes C3, C4 and surrounding C3 and C4 and Cz. Analyses of C3 and C4 showed significant effects according to Movement (p=0.005), and also for the interactions between type of stimulation and hemisphere (p=0.04) and type of stimulation, movement and hemisphere (p=0.02). Surrounding electrodes analyses revealed significant effect for the interaction between stimulation type, task condition and movement type (p=0.03). Thus, the main findings of this study were i. Mu suppression for biological movement (in both imagery and observation) of the hand region in the contralateral hemisphere after sham stimulation, ii. reverse effect for the surrounding electrodes during imagery condition and iii. polarity-dependent neuromodulation of the Mu rhythm. The results are discussed considering focal ERD/ surrounding ERS according to the type of task. We concluded that there are contralateral focal Mu dessynchronization during observation and imagery of biological movements together with syncronizarion of the motor areas not involved in the task only for the imagery condition and that transcranial direct current stimulation has a significant effect under the entire electrode and according to the applied polarity. The use of transcranial direct current stimulation followed by observation and imagery tasks might be an interesting intervention strategy for disturbances involving motor ability impairment as well as deficits related to imitation and comprehension of other s actions. / A teoria de simulação mental sugere ativação da rede neural motora durante mentalização e execução de movimentos, de maneira análoga à ativação em observação e execução de ações, o que é mediado pelo Sistema de Neurônios-Espelho. Esta ativação pode ser mensurada por supressão do ritmo Mu registrado por eletroencefalografia. É proposto que a ativação de áreas motoras e, portanto, o aumento de excitabilidade cortical em cortex motor primário e a dessincronização do ritmo Mu ocorram em consequência de insumo proveniente do Sistema Neurônios-Espelho pré-motor. A estimulação transcraniana por corrente contínua consiste numa técnica de neuromodulação por facilitação e inibição de disparo neuronal levando a aumento e redução de excitabilidade cortical, respectivamente. Assim, foi proposto avaliar os efeitos polaridade dependentes desta técnica sobre ritmo Mu durante tarefas de observação e mentalização de movimentos biológicos e não biológicos. Para tal, aplicamos estimulação anódica, catódica e placebo em 21 homens destros (idade média de 23.8+3,06), sobre córtex motor primário esquerdo (2mA por 20min) e, em seguida foi feito o registro eletroencefalográfico considerando os eletrodos C3, C4 e entorno de C3 e C4 e Cz. A análise de C3 e C4 apresentou efeitos significativos quanto ao tipo de Movimento (p=0.005) e ainda quanto as interações entre tipo de estimulação e hemisfério (p=0.04) e tipo de estimulação, de movimento e hemisfério (p=0.02). A análise dos eletrodos do entorno revelou efeito significativo para a interação entre tipo de estimulação, condição da tarefa e tipo de movimento (p=0.03). Assim, os principais achados do estudo foram i. supressão de Mu para movimento biológico (em mentalização e observação) da região da mão em hemisfério contralateral após estimulação placebo, ii. efeitos inversos para eletrodos de entorno em condição de mentalização e iii. neuromodulação polaridade dependente de ritmo Mu. Os resultados de oscilação de Mu são discutidos considerando ERD focal/ ERS entorno de acordo com o tipo de tarefa. Concluímos que há dessincronização contralateral focal de Mu durante observação e mentalização de movimentos biológicos, acompanhada por sincronização de áreas motoras não envolvidas na tarefa apenas na condição de mentalização e que a estimulação transcraniana por corrente contínua tem efeito sob toda a superfície do eletrodo e difere de acordo com a polaridade aplicada. O uso da estimulação transcraniana por corrente contínua combinada com tarefas de observação e mentalização pode conferir uma estratégia interessante de intervenção em distúrbios envolvendo comprometimento das habilidades motoras bem como comprometimento de habilidades de imitação e compreensão das ações do outro.

As ações cardiovasculares decorrentes do tabagismo devem-se principalmente à nicotina. O alcalóide exerce suas funções quando na corrente sangüínea, mas também atravessa a barreira hemato-encefálica onde pode participar da regulação de sistemas de neurotransmissão importantes para o controle central da pressão arterial e, eventualmente, desenvolvimento da hipertensão. Portanto, o abuso à nicotina pode ser especialmente relevante para indivíduos com predisposição genética à hipertensão. Desta forma, os objetivos do presente trabalho foram o de estudar os sistemas de neurotransmissão em núcleos encefálicos envolvidos no controle cardiovascular após tratamento crônico periférico com nicotina, assim como avaliar a influência da nicotina sobre o desenvolvimento da hipertensão essencial em ratos espontaneamente hipertensos (SHR) e compará-los a ratos normotensos (WKY). Para isso, utilizaram-se técnicas como a imunohistoquímica, análise da ligação de receptores, hibridização in situ, cultura de células neuronais e gliais, PCR em tempo Real e Western Blotting. Nossos resultados demonstraram que o tratamento crônico com nicotina não só antecipou o desenvolvimento como também intensificou a hipertensão nos animais SHR. Os ratos WKY não tiveram a pressão arterial alterada. De modo geral, o efeito do alcalóide sobre os sistemas catecolaminérgico e do neuropeptídeo Y não parece ter relação com a antecipação e a intensificação da hipertensão nos ratos SHR. O sistema glutamatérgico está, pelo menos em parte, relacionado à antecipação e intensificação da hipertensão em ratos SHR após exposição crônica à nicotina. O tratamento com nicotina gerou evidências de que o alcalóide interage com o sistema angiotensinérgico a fim de promover a hipertensão em ratos SHR. Por fim, os resultados apresentados aqui indicam que a nicotina modula diferentes sistemas de neurotransmissão, os quais podem estar envolvidos na antecipação e intensificação da hipertensão em ratos SHR submetidos ao tratamento com nicotina. / Nicotine is one of the most important agents for cardiovascular diseases in tobacco smoking. This alkaloid acts in the blood stream, but it also crosses the blood-brain-barrier and participate in the regulation of pivotal neurotransmitter systems for the blood pressure control and, eventually, for hypertension development. In this context, nicotine abuse could be very relevant to individuals carrying genetic factors to hypertension. The objectives of the present work were to study neurotransmitter system in brain cardiovascular areas involved in the control of blood pressure after chronic peripheral nicotine exposure, as well as to evaluate nicotine influence on essential hypertension development in spontaneously hypertensive (SHR) and normotensive rats (WKY). By means of immunohistochemistry, binding, in situ hybridization, neuron and glial culture, real time PCR and Western Blotting, we have demonstrated that chronic treatment with nicotine not only anticipated but also intensified hypertension on SHR. WKY rats did not showed any change on blood pressure. We observed no evidences of the involvement of neuropeptide Y and catecolamines systems in the development of hypertension after nicotine treatment. However, it seems that the glutamatergic system is, at least in part, responsible for the hypertension development after chronic nicotine exposure. To study the angiotensinergic system we cultivated neuron and glial cells from SHR and WKY rats and treated them with nicotine. The responses of this system agree with the hypothesis that nicotine interacts with angiotensin to promote hypertension only in the hypertensive strain. In conclusion, results presented herein support the hypothesis that nicotine modulates neurotransmitter systems that might have relevant functions in the development and intensification of hypertension in SHR.

Racional: A epilepsia do lobo temporal está comumente associada à farmacorresistência e tem a esclerose hipocampal como achado neuropatológico em mais da metade dos casos. Histologicamente, a esclerose hipocampal está associada à perda neuronal diferencial e gliose, além de alterações nos níveis de moléculas associadas à homeostase da água tecidual, como a aquaporina 4 e a molécula de matriz sulfato de condroitina. Em imagens de ressonância nuclear magnética, a esclerose é caracterizada por redução de volume em sequências ponderadas em T1, aumento de sinal e tempo de relaxamento em sequências ponderadas em T2 e redução na transferência de magnetização. Justificativa e Objetivos: Uma vez que tanto o sinal T2 quando a transferência de magnetização são dependentes da água tecidual, nosso objetivo é avaliar, na formação hipocampal de pacientes com epilepsia do lobo temporal, as correlações entre populações celulares e moléculas ligadas à homeostase da água e as imagens ponderadas em T2 e transferência de magnetização. Visamos ainda definir, na formação hipocampal de indivíduos sem alterações neuropatológicas, o volume de cada um dos subcampos hipocampais. Metodologia: Pacientes com epilepsia do lobo temporal farmacorresistente (ELT, n = 43), bem como voluntários sadios (controle radiológico, CH, n = 20), foram submetidos a exames de ressonância magnética em máquina de 3T para mensuração da volumetria hipocampal, tempo de relaxamento T2 e transferência de magnetização hipocampal (exames in vivo). Após o tratamento cirúrgico para o controle das crises, os hipocampos dos pacientes com ELT foram fixados por 8 dias e submetidos aos exames ex vivo em máquina de 3T para cálculo do tempo de relaxamento T2 de cada subcampo hipocampal. Hipocampos controle (Controle historadiológico, CHR, n = 14), foram obtidos de autópsias de pacientes sem histórico ante-mortem de doença neurológica ou presença de patologia no exame do encéfalo pos mortem. Ambos os grupos controle foram pareados para idade em relação ao grupo ELT. Alguns dos casos CHR (n = 6) foram também submetidos à imagem 3D T2 em máquina de 4,7T para cálculo de volumetria dos subcampos hipocampais. Após emblocamento em parafina, secções coronais hipocampais dos casos CHR e ELT foram submetidas às técnicas de histoquímica básica Hematoxilina e Eosina e Luxol Fast Blue, e às imuno-histoquímicas para avaliação das populações neuronais (NeuN), astrócitos reativos (GFAP), micróglias ativadas (HLA-DR) e para a expressão de aquaporina 4 (AQP4) e níveis de sulfato de condroitina (CS-56). Para a comparação entre os grupos, foram realizados testes t para dados paramétricos e Mann-Whitney para dados não-paramétricos. Testes de correlação foram empregados para análise da associação entre as avaliações histológicas e os exames de ressonância magnética. Resultados: Pacientes com ELT apresentaram menor volume hipocampal, maior tempo de relaxamento T2 e menor transferência de magnetização no exame in vivo, quando comparados com o CR. O exame ex vivo para a volumetria dos subcampos hipocampais em casos do grupo CHR indicou que a fascia dentata, a região CA1 e o subículo correspondem à 85 % do volume hipocampal total. Quanto ao tempo de relaxamento T2 ex vivo, foi observado aumento em todos os subcampos hipocampais do grupo ELT, à exceção da fascia dentata, quando comparados ao CHR. A avaliação da densidade neuronal indicou redução significativa em todos os subcampos dos casos ELT, à exceção do subículo, quando comparados ao CHR. Em relação aos valores do grupo CHR, foi observada astrogliose em quase todos subcampos da formação hipocampal (a exceção da zona subgranular e do hilo) e microgliose em todos os subcampos (exceto pelo subículo) dos casos com ELT. Pacientes com ELT apresentaram redução na expressão de aquaporina 4 perivascular em todos os subcampos do hipocampo, comparados ao CHR. Aumento nos níveis de sulfato de condroitina foi observado em todos os subcampos da formação hipocampal, à exceção da camada granular, nos pacientes com ELT. O volume hipocampal e a transferência de magnetização in vivo dos pacientes com ELT correlacionaram-se tanto com a população neuronal como com os níveis de sulfato de condroitina, enquanto que o tempo de relaxamento in vivo correlacionou-se com a população astroglial e os níveis de sulfato de condroitina. O exame ex vivo corroborou a correlação entre a população glial e o tempo de relaxamento observado nos pacientes com ELT. A diferença entre o tempo de relaxamento in vivo e ex vivo correlacionou-se tanto com a difusibilidade da água no tecido como com os níveis de sulfato de condroitina. Conclusões: Nossos dados indicam correlação entre a patologia hipocampal e as imagens de ressonância nuclear magnética, sendo que a maior qualidade das imagens ex vivo permitiu uma avaliação mais direta entre o sinal de ressonância e a patologia, indicando importância da população celular e matriz extracelular para o volume hipocampal e a transferência de magnetização, e da astrogliose para o tempo de relaxamento T2. Finalmente, nossos dados mostraram que CA1, subículo e fascia dentata tem grande participação no volume hipocampal, sendo que alterações nestas regiões tem um papel mais relevante nas alterações observadas na ressonância magnética, como indicado por nossas correlações. / Rationale: Drug resistant temporal lobe epilepsy is often associated with hippocampal sclerosis. Histological evaluation reveals differential neuronal loss, gliosis and changes in molecules associated with water homeostasis, such as aquaporin 4 and chondroitin sulfate. Magnetic resonance imaging in these cases often reveals hippocampal atrophy, increased T2 signal and T2 relaxation and reduced magnetization transfer ratio in the hippocampus. Aims: Once both T2 signal and magnetization transfer are affected by tissue water, our goal was to evaluate, in the hippocampus of drug-resistant temporal lobe epilepsy patients who underwent surgery for seizure control, the associations between cellular populations, aquaporin 4 and chondroitin sulfate with T2 relaxation time and magnetization transfer. Additionally, we intended to measure the individual volume of each hippocampal subfield in hippocampus from patients without neurological disease. Methods: Patients with drug-resistant temporal lobe epilepsy (TLE, n = 43) and age-matched health volunteers (radiological control, RC, n = 20) were submitted to magnetic resonance in a 3T machine for hippocampal volumetry measure, T2 relaxation and magnetization transfer (in vivo examination). After surgical treatment for seizure control, hippocampi from the TLE patients were fixed in formalin for 8 days and then submitted to ex vivo imaging in 3T for relaxation time of every hippocampal subfield. Control hippocampi were obtained from autopsies of age-matched patients without ante mortem history of neurological disease or post mortem neurological pathology, and underwent the same ex vivo imaging (histo-radiological control, HRC, n = 14). Six cases from the HRC underwent 3D T2 imaging in a 4.7T machine, in order to measure the volumes of the hippocampal subfields. Paraffin embedded hippocampal sections from TLE and HRC were submitted to Hematoxilin-Eosin and Luxol Fast Blue histochemistries, and to immunohistochemistries for the evaluation of neurons (NeuN), reactive astrocytes (GFAP), activated microglia (HLA-DR), for aquaporin 4 (AQP4) and for chondroitin sulfate (CS-56). Students t-test or Mann-Whitneys test were performed for comparison between groups, and correlation tests were performed for the comparison between histological and magnetic resonance measures. Results: Patients with TLE presented reduced hippocampal volume, increased T2 relaxation time and reduced magnetization transfer, when compared to RC. The ex vivo volumetry of the hippocampal subfields revealed that fascia dentata, CA1 and subiculum together correspond to 85 % of the total hippocampal volume. Ex vivo relaxation time, as the in vivo, were increased in the subfields of TLE patients, when compared to HRC. Compared to HRC, TLE patients presented neuron loss and microgliosis in all hippocampal subfields but the subiculum, and astrogliosis in all hippocampal subfields but the subgranule zone and the hilus. Reduced perivascular aquaporin 4 was observed in all hippocampal subfields of TLE patients, and increased chondroitin sulfate was observed in all hippocampal subfields, with the exception of granule cell layer, of TLE patients, when compared to HRC. In TLE, both in vivo hippocampal volume and magnetization transfer correlated with the levels of chondroitin sulfate and the neuronal population, whereas the in vivo relaxation time correlated with the astroglial population and the levels of chondroitin sulfate. Ex vivo relaxation time also correlated with the astroglial population in TLE patients. The difference between in vivo and ex vivo relaxation values correlated with water difusibility and the levels of chondroitin sulfate. Conclusion: Our data indicate the importance of neuron population and extracellular matrix to both hippocampal volume and magnetization transfer, and of the reactive astrocytes for T2 relaxation. Ex vivo relaxation time allowed a more detailed evaluation, and indicated more robust correlations between reactive astrocytes and T2 relaxation. Finally, Our data indicated that CA1, the subiculum and fascia dentata are the major contributors to hippocampal volume, so changes in these subfields most likely will affect magnetic resonance imaging.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-04-24T19:36:29Z No. of bitstreams: 1 lucascorreanettomachado.pdf: 1851458 bytes, checksum: 2a8b67f0adf8343c28d4e1121a757f6d (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-04-25T15:23:10Z (GMT) No. of bitstreams: 1 lucascorreanettomachado.pdf: 1851458 bytes, checksum: 2a8b67f0adf8343c28d4e1121a757f6d (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-25T15:23:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 lucascorreanettomachado.pdf: 1851458 bytes, checksum: 2a8b67f0adf8343c28d4e1121a757f6d (MD5) Previous issue date: 2013-11-22 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho apresenta uma técnica para treinamento de Redes Neurais Artificiais (RNA), capaz de obter os parâmetros da rede através dos dados disponíveis para treinamento, sem necessidade de estabelecer a arquitetura da rede a priori, denominado Método de Segmentações Geométricas Sucessivas (MSGS). O MSGS agrupa os dados de cada classe em Hipercaixa (HC) onde cada caixa é alinhada de acordo com os eixos de maior distribuição de seu conjunto de pontos. Sendo as caixas linearmente separáveis, um hiperplano de separação é identificado originando um neurônio. Caso não seja possível a separação por um único hiperplano, uma técnica de quebra é aplicada para dividir os dados em classes menores para obter novas HCs. Para cada subdivisão novos neurônios são adicionados à rede. Os resultados dos testes realizados apontam para um método rápido e com alta taxa de sucesso. / This work presents a technique for Artificial Neural Network (ANN) training, able to get the network parameters from the available data for training, without establishing the network architecture a priori, called Successive Geometric Segmentation Method (SGSM). The SGSM groups the data of each class into hyperboxes (HB) aligned in accordance with the largest axis of its points distribution. If the HB are linearly separable, a separating hyperplane may be identified resulting a neuron. If it is not, a segmentation technique is applied to divide the data into smaller classes for new HB. For each subdivision new neurons are added to the network. The tests show a rapid method with high success rate.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2018-11-12T14:27:26Z No. of bitstreams: 1 raffaelbechararameh.pdf: 1503042 bytes, checksum: 87e66fa77937ca9a85aac3231b27ac84 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2018-11-23T13:13:22Z (GMT) No. of bitstreams: 1 raffaelbechararameh.pdf: 1503042 bytes, checksum: 87e66fa77937ca9a85aac3231b27ac84 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-11-23T13:13:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 raffaelbechararameh.pdf: 1503042 bytes, checksum: 87e66fa77937ca9a85aac3231b27ac84 (MD5) Previous issue date: 2018-08-31 / Para representar diferentes fenômenos e sistemas modelos matemáticos são largamente utilizados. Muitos deles são fundamentados em sistemas de equações diferenciais ordinárias (EDOs), isto é, baseiam-se em conjuntos de igualdades que envolvem variáveis dependentes, suas derivadas de primeira ordem e a variável independente. Neste trabalho, estudamos a modelagem da geração do potencial de ação em células excitáveis, como os neurônios. Existem dois modelos tradicionais e pioneiros que se destacam nessa área: Hodgkin-Huxley e FitzHugh-Nagumo. O objetivo desta dissertação é avaliar a possibilidade de modelar a geração do potencial de ação via uma única equação diferencial com atraso. Equações diferenciais com atraso são importantes por sua capacidade em reproduzir uma grande diversidade de fenômenos. Porém, seu uso na modelagem do potencial de ação de células excitáveis é ainda incipiente. Nesta dissertação, o método usado para alcançar este objetivo se baseou no desenvolvimento, inicialmente, de uma equação integro-diferencial que aproxima o sistema de EDOs. Em seguida, desenvolvemos uma aproximação para as integrais que usa termos tanto no instante atual quanto em instante anteriores, i.e., atrasados no tempo. Dessa forma, mostramos que é possível aproximar cada um dos sistemas de EDOS dos modelos de Hodgkin-Huxley e FitzHugh-Nagumo por uma única equação diferencial com atraso. Por fim, estes novos modelos são comparados com os originais, e são apontadas direções para a continuidade desta pesquisa. / To represent different phenomena and systems mathematical models are widely used. Many of them are based on systems of ordinary differential equations (ODEs), that is, they are based on sets of equalities involving dependent variables, their derivatives of first order and the independent variable. In this work, we study the modeling of action potential generation in excitable cells, such as neurons. There are two traditional and pioneering models that stand out in this area: Hodgkin-Huxley and FitzHugh-Nagumo. The objective of this dissertation is to evaluate the possibility of modeling the generation of the action potential via a single differential equation with delay. Differential equations with delay are important because of their capacity to reproduce a great diversity of phenomena. However, its use in modeling the action potential of excitable cells is still incipient. In this dissertation, the method used to achieve this goal was based on the development, initially, of an integral-differential equation that approximates the ODE system. Next, we develop an approximation for integrals that uses terms at both the current instant and the previous instant, i.e., time delayed. Thus, we show that it is possible to approximate each of the ODEs systems of the Hodgkin-Huxley and FitzHugh-Nagumo models by a single differential equation with delay. Finally, these new models are compared with the original ones, and directions are indicated for future works.

Les cellules précurseur d'oligodendrocytes (CPOs) représentent la majeure source d'oligodendrocytesmyélinisants durant le développement post-natal. Ces progéniteurs, identifiés par l'expression du protéoglycane NG2, sont non seulement extrêmement abondants avant la myélinisation, mais ils persistent aussi dans le cerveau mature. À l'instar d'autres cellules non-neuronales, elles expriment un large panel de canaux ioniques et de récepteurs pour des neurotransmetteurs. Cependant, ils sont uniques de part leur capacité à recevoir de véritables contacts synaptiques neuronaux glutamatergiqueset GABAergiques. Durant cette thèse, nous avons caractérisé les propriétés électrophysiologiques des CPOs durant le développement post-natal du cortex en champ de tonneaux de la souris (premier mois post-natal). En effectuant des enregistrements de patch-clamp, des analyses par RT-PCR sur cellule unique et des analyses pharmacologiques, nous avons observé que la courbe I-V à rectification sortante devient linéaire durant le développement, résultant d'une régulation positive de l'expression des canaux potassiques de type Kir4.1. Dotés de ces canaux, les CPOs adultes sont capables de détecter les augmentations locales de potassium extracellulaire générées par l'activité neuronale. Cette régulation positive développementale des canaux Kir4.1 dans les CPOs révèle que ces cellules ont un gain de fonction durant le développement, leur conférant la capacité de communiquer avec les neurones via un mécanisme non-synaptique lié au potassium. Ce changement développemental soutient aussi l'idée que les CPOs sont probablement plus que des progéniteurs. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous nous sommes intéressés à l'étude des patrons de connectivité du réseau GABAergique interneurones-CPOs dans le cortex en champ de tonneaux jeune (deuxième semaine post-natale). Dans un premier temps, nous avons tiré avantage de la haute précision latérale et axiale de la photolyse holographique en mono-photon pour stimuler les interneurones GABAergiques avec une résolution à l'échelle de la cellule, de manière à évoquer un potentiel d'action. Nous avons ensuite utilisé cette technique pour cartographier la connectivité entre interneurones et CPOs. Nous avons trouvé que la probabilité de connexion des CPOs est près de moitié moins que celle des cellules pyramidales, et implique plutôt une microcircuitrie locale. De plus, en effectuant des enregistrements pairés, nous avons observé que les CPOs sont contactés transitoirement par des interneurones à décharge rapide et à décharge régulière. Ces connections se caractérisents pour la présence d'un ou deux sites de libération uniquement. Étonnamment, les sites post-synaptiques contenant des récepteurs GABAA avec la sous-unité γ2 sont principalement connectés par les interneurones à décharge rapide, indiquant que ces cellules constituent une afférence spécifique auprès des CPOs. Ici nous décrivons pour la première fois l'émergence de réseaux corticaux spécifiques entre neurones et cellules non-neuronales. / Oligodendrocyte precursor cells (OPCs) are the main source of myelinating oligodendrocytes during postnatal development. These progenitors, identified by the expression of the proteoglycan NG2, are extremely abundant before myelination, but also persist in the mature brain. Similarly to other non-neuronal cells they express a wide range of ionic and ligand-gated ion channels. However, they are unique by their ability to receive truly glutamatergic and GABAergic synaptic contacts from neurons. During this thesis, we characterized the electrophysiological properties of OPCs during the postnatal development of the mouse somatosensory cortex (post postnatal month). By performing patch-clamp recordings, single-cell RT-PCR analyses and pharmacological approaches, we found that outwardly rectifying I-V curves become linear during development, as the result of an upregulation of Kir4.1 potassium channels. Endowed with these channels, adult OPCs are able to sense local extracellular potassium increases generated by neuronal activity. This developmental upregulation of Kir4.1 channels in OPCs revealed that these cells gain physiological properties during development, conferring them the capacity to communicate with neurons, via a non-synaptic potassium-mediated mechanism. This developmental change also supports the view that OPCs are probably more than simple progenitors. In the second part of this thesis, we were interested in study the connectivity patterns underlying the GABAergic interneuron-OPC network in the young somatosensory cortex (second postnatal week). First, we took advantage of the high lateral and axial precision of one-photon holographic photolysis to stimulate GABAergic interneurons at a single cell resolution in order to evoke an action potential. We then used this technique to map the connectivity between interneurons and OPCs. We found that the connectivity probability of OPCs was around half less than that of pyramidal cells and involved more local microcircuits. In addition, by performing paired-recordings, OPCs showed to be transiently contacted by fast-spiking (FSI) and non-fast-spiking (NFSI) interneurons, through single or double release sites. Interestingly, postsynaptic sites containing GABAA receptors with the γ2 subunit were predominantly connected by FSI, indicating that these cells provide a specific input to OPCs. Here we described for the first time the emergence of specific cortical network between neurons and non-neuronal cells. In conclusion, this thesis contributed to get a better understanding of the different modes of communication between neurons and OPCs and the establishment of new signaling mechanisms used by neurons to control the activity of these precursors.

Many neurodegenerative diseases are characterized by the accumulation of misfolded proteins that often share common morphological and biochemical features, and can similarly co-localize with several other proteins, including various chaperone proteins. Chaperone proteins, like heat shock protein 27 (HSP27), heme oxygenase 1 (HO-1) and clusterin, have been implicated as potent modulators of misfolded proteins, thus may play important roles in the pathogenesis of neurodegenerative diseases. The present study aims to investigate their roles in the pathogenesis of Frontotemporal lobar degeneration (FTLD), Alzheimer's disease (AD), Parkinson's disease (PD), and Motor neuron disease (MND) by determining their distribution and amount via immunohistochemical staining and western blotting in diseased and control subjects.There were distinct patterns of HSP27 and clusterin immunostaining in different brain regions. For HSP27, patients with AD and FTLD were in general more severely affected than were patients with MND and control subjects. For clusterin, patients with AD and FTLD were more severely affected than control subjects where neurons and glial cells were concerned, while patients with AD and control subjects were more severely affected than those with FTLD where diffuse and cored plaques were concerned. However, there were no obvious differences in the pattern of HO-1 immunostaining in various brain regions in patients with AD or FTLD relative to control subjects. Moreover, there was no association between HSP27, HO-1 and clusterin with disease or histological type, and the ‘classic’ neuropathological changes in FTLD, AD and MND were not immunoreactive to any of these proteins. There were significant correlations between the degrees of HO-1 and clusterin immunostaining in many brain areas for both AD and FTLD cases, and for all cases overall, but none between HSP27 and clusterin or HSP27 and HO-1. Present results suggest an involvement with ongoing cellular stress, misfolded or unfolded protein accumulation or the deficits/failure of other relevant protein quality control systems, in the pathogenesis of these neurodegenerative diseases. Present work may therefore have implications for the further development of ideas concerning the cause or treatment of neurodegenerative diseases where there is aberrant accumulation of misfolded, aggregated protein, and perhaps for conformational diseases in general. However, there are still many issues remain to be elucidated. Further research aimed at understanding the function and mechanisms of the chaperone system, and other protein quality control mechanisms, in the pathogenesis of neurodegenerative diseases is still needed.

ROS are frequently associated with deleterious effects caused by oxidative stress. Despite the harmful effects of non-specific oxidation, ROS also function as signal transduction molecules that regulate various biological processes, including stem cell proliferation and differentiation. Here we show that mitochondrial ROS level determines cell fate during differentiation of the pluripotent stem cell line P19. As stem cells in general, P19 cells are characterized by a low respiration activity, accompanied by a low level of ROS formation. Nevertheless, we found that P19 cells contain fully assembled mitochondrial electron transport chain supercomplexes (respirasomes), suggesting that low respiration activity may serve as a protective mechanism against ROS. Upon elevated mitochondrial ROS formation, the proliferative potential of P19 cells is decreased due to longer S phase of the cell cycle. Our data show that besides being harmful, mitochondrial ROS production regulates the differentiation potential of P19 cells: elevated mitochondrial ROS level favours trophoblast differentiation, whereas preventing neuron differentiation. Therefore, our results suggest that mitochondrial ROS level serves as an important factor that directs differentiation towards certain cell types while preventing others.

The goal of this thesis is to analyze and to find solutions of optimization problems derived from automation of functional verification of hardware using artificial neural networks. Verification of any integrated circuit (so called Design Under Verification, DUV) using technique called coverage-driven verification and universal verification methodology (UVM) is carried out by sending stimuli inputs into DUV. The verification environment continuously monitors percentual coverage of DUV functionality given by the specification. In current context, coverage stands for measurable property of DUV, like count of verified arithemtic operations or count of executed lines of code. Based on the final coverage, it is possible to determine whether the coverage of DUV is high enough to declare DUV as verified. Otherwise, the input stimuli set needs to change in order to achieve higher coverage. Current trend is to generate this set by technique called constrained-random stimulus generation. We will practice this technique by using pseudorandom program generator (PNG). In this paper, we propose multiple solutions for following two optimization problems. First problem is ongoing modification of PNG constraints in such a way that the DUV can be verified by generated stimuli as quickly as possible. Second one is the problem of seeking the smallest set of stimuli such that this set verifies DUV. The qualities of the proposed solutions are verified on 32-bit application-specific instruction set processors (ASIPs) called Codasip uRISC and Codix Cobalt.