As quedas são responsáveis pela maior causa de lesões em idosos. Além disso, tratase do incidente mais freqüente que acomete essa população, aumentando de forma exponencial a fragilidade e muitas vezes levando os idosos à morte. Após perturbações inesperadas, a capacidade de readequar o controle postural está notadamente diminuída em idosos, o que leva ao aumento da propensão a quedas nessa população. A reduzida capacidade de reagir a perturbações inesperadas é atribuída a deficiências cumulativas relacionadas ao envelhecimento, tais como a redução da força muscular, diminuição da velocidade de contração muscular e modificações no tempo de reação e capacidade de processamento de informações. Estudos disponibilizam informações sobre uma grande quantidade de procedimentos que foram propostos a fim de minimizar os efeitos do envelhecimento e aumentar a capacidade de controle postural em idosos. Apesar da grande variedade de intervenções disponíveis, poucos estudos reconhecem de fato a razão pela qual a intervenção proposta é, em certos casos, bem ou mal sucedida. Recentemente os mecanismos responsáveis por manter a estabilidade dinâmica do corpo foram determinados em modelos de expressões matemáticas que identificavam as variáveis físicas que atuam no corpo durante a manutenção do equilíbrio postural. A partir de então, certos pesquisadores propõem que o treinamento desses mecanismos por meio da incorporação de movimentos específicos durante uma atividade dinâmica seria fundamental para melhorar as capacidades de controle postural frente a perturbações inesperadas, aumentando a possibilidade de sucesso em intervenções que busquem a prevenção de ocorrência das quedas. Portanto, esse estudo teve como objetivo geral verificar os efeitos de um treinamento realizado no mini trampolim sobre o controle postural de idosos. As hipóteses do presente estudo se baseiam no fato de que um treinamento realizado no mini trampolim, voltado especificamente para o treino dos mecanismos responsáveis pelo controle do equilíbrio postural dinâmico, deverão melhorar a capacidade de reação dos idosos durante um momento de instabilidade postural, prevenindo dessa forma as quedas. Na tentativa de verificar os efeitos do treinamento no mini trampolim sob diferentes enfoques que envolvem situações relacionadas ao controle postural, essa Tese de doutorado foi dividida em três estudos. O primeiro estudo identificou os efeitos do treinamento por 14 semanas no mini trampolim sobre a capacidade de reação e manutenção da estabilidade dos idosos em meio a uma queda súbita para frente. O segundo estudo avaliou a capacidade adaptativa dos idosos no desenvolvimento de reações de equilíbrio eficientes durante uma perturbação súbita e inesperada no teste de marcha, antes e após o período de 14 semanas de treinamento no mini trampolim. O terceiro estudo teve como objetivo avaliar se o treinamento no mini trampolim altera o pico de torque isométrico dos grupos musculares extensor do joelho e flexor plantar do tornozelo e também o desempenho no teste de deslocamento anterior máximo, verificando se existe correlação entre os resultados desses dois testes. Para atingir os objetivos propostos acima, vinte e dois sujeitos com 67±4 anos de idade participaram como voluntários do grupo experimental nesses estudos e doze sujeitos (68±3 anos de idade) participaram do grupo controle, apenas no primeiro estudo. Nos três estudos realizados, os sujeitos foram avaliados em dois momentos: a) previamente a realização do treinamento e b) após as 14 semanas de treinamento no mini trampolim. A avaliação realizada no primeiro e segundo estudos foi baseada na análise da variável conhecida como Margem de Estabilidade. Essa variável permite quantificar precisamente a situação de estabilidade de um corpo em condição dinâmica a partir da análise dos mecanismos responsáveis pela estabilidade, tais como a extrapolação do centro de massa, limites da base de suporte, projeção vertical do centro de massa no solo e velocidade horizontal do centro de massa. Após o treinamento no mini trampolim por 14 semanas (freqüência semanal = duas vezes por semana), os sujeitos treinados foram submetidos a avaliação final. No caso do grupo controle do primeiro experimento, este foi submetido a avaliação final idêntica a primeira após três meses sem qualquer participação em atividades física regulares. Os resultados do primeiro estudo evidenciam que os idosos possuem melhor performance no teste de queda para frente após serem submetidos ao treinamento no mini trampolim. A variável margem de estabilidade revelou que os sujeitos conseguiram restabelecer o controle do equilíbrio dinâmico durante a queda para frente a partir de maiores inclinações corporais (posturas mais instáveis) quando comparados a avaliação inicial e ao desempenho do grupo controle. Os resultados indicam também o aumento da velocidade de aumento da base de suporte, sugerindo que esse foi o mecanismo responsável pela melhora do desempenho no teste de queda para frente após o período de treinamento. No segundo estudo os resultados mostram que os idosos, após freqüentarem o treinamento, possuem maior capacidade de reação e adaptação a perturbações inesperadas. Os dados indicaram, por meio da melhora da variável margem de estabilidade, que a magnitude da capacidade de adaptação foi maior e que as reações mediadas por feedback proprioceptivo tornaram-se mais eficazes em conter a instabilidade postural. O estudo aponta que a capacidade de aumento da base de suporte durante a reação a uma perturbação inesperada foi o mecanismo preponderante responsável pela melhora no desempenho no teste após o treino por 14 semanas no mini trampolim. O terceiro estudo revelou que o treino no mini trampolim produziu aumento da capacidade de produção de torque flexor plantar do tornozelo durante uma contração isométrica voluntária máxima; no entanto, o mesmo não ocorreu para o grupo muscular extensor do joelho. Esse estudo evidenciou ainda a melhora na capacidade de deslocamento anterior do corpo por meio da análise do comportamento do centro de pressão em relação à base de suporte do sujeito. A partir da correlação existente entre os resultados de pico de torque e deslocamento anterior máximo, foi possível sugerir que o aumento do torque muscular flexor plantar de tornozelo gerado pelo treinamento foi o responsável pela melhora no desempenho do teste de deslocamento anterior, e que a força muscular é condição importante para o controle postural neste teste estático. Em resumo, os resultados dos estudos realizados nessa Tese evidenciaram, sob diferentes enfoques biomecânicos, que a intervenção realizada com idosos no mini trampolim por 14 semanas, baseada em exercícios que buscavam treinar os mecanismos responsáveis pela estabilidade dinâmica, são capazes de melhorar (1) as reações posturais durante o restabelecimento do equilíbrio dinâmico no teste de queda para frente, (2) as respostas posturais preditivas e reativas em meio a uma perturbação inesperada durante a marcha, (3) o desempenho no teste de controle postural estático de deslocamento anterior máximo e (4) e aumentar o pico de torque isométrico dos músculos flexores plantares do tornozelo. Assim pode-se concluir que o treinamento no mini trampolim e, principalmente, o treinamento dos mecanismos responsáveis pelo controle da estabilidade dinâmica, são ferramentas eficazes a serem utilizadas em atividades que pretendam reduzir o risco de quedas e aumentar a estabilidade postural de idosos. / Falls are the major cause of injuries in the elderly. Moreover, it is the most frequent cause of injury amongst the elderly, increasing their vulnerability and, not rarely, leading to death. After a sudden perturbation, the capacity of regaining postural control is clearly diminished in the elderly. The reduced capacity to react during unexpected perturbations come as a result of the age-related cumulative deficiencies, such as lower muscle strength, contraction velocity, reaction time and the reduced capacity of information processing. Several studies aiming at minimizing the age-related deficiencies and enhancing postural control capacities can be found in the literature. However, only a few have searched for the reasons that had led to the intervention outcomes. Recently, the mechanisms through which the dynamic stability is maintained have been described, identifying some important variables acting during the dynamic stability recovery. Concerning these findings some researchers suggest that training interventions with a high dynamic component, incorporating specific movements that exercise the mechanisms responsible for the dynamic stability could enhance postural control during unexpected perturbations and would improve the possibility of success of interventions that intend to prevent falls in the elderly. Therefore, the purpose of this study was to analyze the effects of a mini trampoline training on elderly postural control. We hypothesize that a mini trampoline training based on exercises that enhance the mechanisms through which the dynamic stability is maintained would be an efficient intervention to improve the postural stability reactions during unexpected perturbations and prevent falls. In an attempt at studying the effects of the trampoline training through different approaches and circumstances of the postural control, this thesis was divided into three studies. The first study aimed at investigating the effects of a 14-week mini trampoline training on the postural recovery capacities during a sudden forward fall. The second, assessed the capacities of developing efficient adaptative adjustments to recover from unexpected perturbations during locomotion after the 14-week mini trampoline training for the elderly. The third, evaluated the effects of mini trampoline training on: a) the peak isometric torque of knee extensors and ankle plantarflexors muscles; b) the center of pressure (CP) displacement during maximal anterior body inclination and c) if there was a correlation between the results of muscle force and the maximal anterior body displacement task. In order to achieve the objectives described above, twenty two elderly subjects (67±4 years) were taken as volunteers for the experimental group (trained group) and additionally twelve subjects (68±3 years) were included as controls for the first study. During the procedure of the three studies the trained subjects were assessed in two moments: a) previously to the mini trampoline training (pre measurement) and b) after the 14-week mini trampoline training period (post measurement) or after 3 months for the control group (post measurement). The assessments of the first and second studies were based on the variable called “margin of stability”. This method was described by Hof et al. (2005), and allows a precise measurement of the dynamic stability situation of a body by the analysis of the mechanisms responsible for maintaining the dynamic stability, such as extrapolation of Center of Mass (CM), boundaries of base of support (BoS), vertical projection of the CM to the ground, horizontal velocity of CM among others. The results of the first study showed that the trained elderly improved their recovery performance after a sudden forward fall after the mini trampoline training. The variable margin of stability at the instant of release of the forward fall decreased after training, showing that the subjects were able to recover stability with a single step from more inclined positions (more unstable positions) while compared either to pre-measurement and to the control group performance. The results also showed that the higher rate of BoS increase was the main parameter responsible for the improvement in the dynamic stability control after training. The results of the second study showed evidence that after the training period the trained subjects increased their postural reaction and adaptation capacities during sudden perturbations in the gait. The data indicated that the higher capacity of increase the BoS after the mini trampoline training was the main factor responsible for the more efficient feedback reactions as well as predictive responses while recovering from a perturbation in the gait protocol. The third study revealed that the training increased the peak torque of the ankle plantarflexors, but not from the knee extensors during a maximal isometric voluntary contraction. In addition, the results showed an improvement in the maximal CP displacement related to the BoS, leading to shorter distances between BoS and CP. The negative correlation between the results from peak ankle plantarflexors torque and the distances (BoS – CP) suggests that the higher torque produced after the training is important for stability and was the responsible for the improvement on the static balance task related to the maximal anterior projection of the body. In summary, the results of the three studies performed in the thesis under different approaches showed evidences that the 14-week mini trampoline training intervention based on exercises that enhance the mechanisms responsible for dynamic stability were capable to improve (1) elderly dynamic stability postural reactions while recovering from a forward fall with a single step, (2) the predictive and the reactive feedback mediated responses in the recovery of an unexpected perturbation during locomotion, (3) the peak isometric torque of the ankle plantarflexors and (4) the performance in the static balance task of maximal anterior body projection. Therefore, it is possible to conclude that the mini trampoline training, and specially the training of the mechanisms responsible for dynamic stability, is an efficient approach that should be used and stimulated in every intervention that wishes to reduce the fall risk and improve the postural stability in the elderly.

abstract: Navigation through natural environments requires continuous sensory guidance. In addition to coordinated muscle contractions of the limbs that are controlled by spinal cord, equilibrium, body weight bearing and transfer, and avoidance of obstacles all have to happen while locomotion is in progress and these are controlled by the supraspinal centers. For successful locomotion, animals require visual and somatosensory information. Even though a number of supraspinal centers receive both in varying degrees, processing this information at different levels of the central nervous system, especially their contribution to visuo-motor and sensory-motor integration during locomotion is poorly understood. This dissertation investigates the patterns of neuronal activity in three areas of the forebrain in the cat performing different locomotor tasks to elucidate involvement of these areas in processing of visual and somatosensory information related to locomotion. In three studies, animals performed two contrasting locomotor tasks in each and the neuronal activities were analyzed. In the first study, cats walked in either complete darkness or in an illuminated room while the neuronal activity of the motor cortex was recorded. This study revealed that the neuronal discharge patterns in the motor cortex were significantly different between the two illumination conditions. The mean discharge rates, modulation, and other variables were significantly different in 49% of the neurons. This suggests a contextual correlation between the motor cortical activity and being able to see. In two other studies, the activities of neurons of either the somatosensory cortex (SI) or ventrolateral thalamus (VL) were recorded while cats walked on a flat surface (simple locomotion) or along a horizontal ladder where continuous visual and somatosensory feedback was required (complex locomotion). We found that the activity of all but one SI cells with receptive fields on the sole peaked before the foot touched the ground: predictably. Other cells showed various patterns of modulation, which differed between simple and complex locomotion. We discuss the predictive and reflective functionality of the SI in cyclical sensory-motor events such as locomotion. We found that neuronal discharges in the VL were modulated to the stride cycle resembling patterns observed in the cortex that receives direct inputs from the VL. The modulation was stronger during walking on the ladder revealing VL’s contribution to locomotion-related activity of the cortex during precision stepping. / Dissertation/Thesis / Doctoral Dissertation Neuroscience 2016

As quedas são responsáveis pela maior causa de lesões em idosos. Além disso, tratase do incidente mais freqüente que acomete essa população, aumentando de forma exponencial a fragilidade e muitas vezes levando os idosos à morte. Após perturbações inesperadas, a capacidade de readequar o controle postural está notadamente diminuída em idosos, o que leva ao aumento da propensão a quedas nessa população. A reduzida capacidade de reagir a perturbações inesperadas é atribuída a deficiências cumulativas relacionadas ao envelhecimento, tais como a redução da força muscular, diminuição da velocidade de contração muscular e modificações no tempo de reação e capacidade de processamento de informações. Estudos disponibilizam informações sobre uma grande quantidade de procedimentos que foram propostos a fim de minimizar os efeitos do envelhecimento e aumentar a capacidade de controle postural em idosos. Apesar da grande variedade de intervenções disponíveis, poucos estudos reconhecem de fato a razão pela qual a intervenção proposta é, em certos casos, bem ou mal sucedida. Recentemente os mecanismos responsáveis por manter a estabilidade dinâmica do corpo foram determinados em modelos de expressões matemáticas que identificavam as variáveis físicas que atuam no corpo durante a manutenção do equilíbrio postural. A partir de então, certos pesquisadores propõem que o treinamento desses mecanismos por meio da incorporação de movimentos específicos durante uma atividade dinâmica seria fundamental para melhorar as capacidades de controle postural frente a perturbações inesperadas, aumentando a possibilidade de sucesso em intervenções que busquem a prevenção de ocorrência das quedas. Portanto, esse estudo teve como objetivo geral verificar os efeitos de um treinamento realizado no mini trampolim sobre o controle postural de idosos. As hipóteses do presente estudo se baseiam no fato de que um treinamento realizado no mini trampolim, voltado especificamente para o treino dos mecanismos responsáveis pelo controle do equilíbrio postural dinâmico, deverão melhorar a capacidade de reação dos idosos durante um momento de instabilidade postural, prevenindo dessa forma as quedas. Na tentativa de verificar os efeitos do treinamento no mini trampolim sob diferentes enfoques que envolvem situações relacionadas ao controle postural, essa Tese de doutorado foi dividida em três estudos. O primeiro estudo identificou os efeitos do treinamento por 14 semanas no mini trampolim sobre a capacidade de reação e manutenção da estabilidade dos idosos em meio a uma queda súbita para frente. O segundo estudo avaliou a capacidade adaptativa dos idosos no desenvolvimento de reações de equilíbrio eficientes durante uma perturbação súbita e inesperada no teste de marcha, antes e após o período de 14 semanas de treinamento no mini trampolim. O terceiro estudo teve como objetivo avaliar se o treinamento no mini trampolim altera o pico de torque isométrico dos grupos musculares extensor do joelho e flexor plantar do tornozelo e também o desempenho no teste de deslocamento anterior máximo, verificando se existe correlação entre os resultados desses dois testes. Para atingir os objetivos propostos acima, vinte e dois sujeitos com 67±4 anos de idade participaram como voluntários do grupo experimental nesses estudos e doze sujeitos (68±3 anos de idade) participaram do grupo controle, apenas no primeiro estudo. Nos três estudos realizados, os sujeitos foram avaliados em dois momentos: a) previamente a realização do treinamento e b) após as 14 semanas de treinamento no mini trampolim. A avaliação realizada no primeiro e segundo estudos foi baseada na análise da variável conhecida como Margem de Estabilidade. Essa variável permite quantificar precisamente a situação de estabilidade de um corpo em condição dinâmica a partir da análise dos mecanismos responsáveis pela estabilidade, tais como a extrapolação do centro de massa, limites da base de suporte, projeção vertical do centro de massa no solo e velocidade horizontal do centro de massa. Após o treinamento no mini trampolim por 14 semanas (freqüência semanal = duas vezes por semana), os sujeitos treinados foram submetidos a avaliação final. No caso do grupo controle do primeiro experimento, este foi submetido a avaliação final idêntica a primeira após três meses sem qualquer participação em atividades física regulares. Os resultados do primeiro estudo evidenciam que os idosos possuem melhor performance no teste de queda para frente após serem submetidos ao treinamento no mini trampolim. A variável margem de estabilidade revelou que os sujeitos conseguiram restabelecer o controle do equilíbrio dinâmico durante a queda para frente a partir de maiores inclinações corporais (posturas mais instáveis) quando comparados a avaliação inicial e ao desempenho do grupo controle. Os resultados indicam também o aumento da velocidade de aumento da base de suporte, sugerindo que esse foi o mecanismo responsável pela melhora do desempenho no teste de queda para frente após o período de treinamento. No segundo estudo os resultados mostram que os idosos, após freqüentarem o treinamento, possuem maior capacidade de reação e adaptação a perturbações inesperadas. Os dados indicaram, por meio da melhora da variável margem de estabilidade, que a magnitude da capacidade de adaptação foi maior e que as reações mediadas por feedback proprioceptivo tornaram-se mais eficazes em conter a instabilidade postural. O estudo aponta que a capacidade de aumento da base de suporte durante a reação a uma perturbação inesperada foi o mecanismo preponderante responsável pela melhora no desempenho no teste após o treino por 14 semanas no mini trampolim. O terceiro estudo revelou que o treino no mini trampolim produziu aumento da capacidade de produção de torque flexor plantar do tornozelo durante uma contração isométrica voluntária máxima; no entanto, o mesmo não ocorreu para o grupo muscular extensor do joelho. Esse estudo evidenciou ainda a melhora na capacidade de deslocamento anterior do corpo por meio da análise do comportamento do centro de pressão em relação à base de suporte do sujeito. A partir da correlação existente entre os resultados de pico de torque e deslocamento anterior máximo, foi possível sugerir que o aumento do torque muscular flexor plantar de tornozelo gerado pelo treinamento foi o responsável pela melhora no desempenho do teste de deslocamento anterior, e que a força muscular é condição importante para o controle postural neste teste estático. Em resumo, os resultados dos estudos realizados nessa Tese evidenciaram, sob diferentes enfoques biomecânicos, que a intervenção realizada com idosos no mini trampolim por 14 semanas, baseada em exercícios que buscavam treinar os mecanismos responsáveis pela estabilidade dinâmica, são capazes de melhorar (1) as reações posturais durante o restabelecimento do equilíbrio dinâmico no teste de queda para frente, (2) as respostas posturais preditivas e reativas em meio a uma perturbação inesperada durante a marcha, (3) o desempenho no teste de controle postural estático de deslocamento anterior máximo e (4) e aumentar o pico de torque isométrico dos músculos flexores plantares do tornozelo. Assim pode-se concluir que o treinamento no mini trampolim e, principalmente, o treinamento dos mecanismos responsáveis pelo controle da estabilidade dinâmica, são ferramentas eficazes a serem utilizadas em atividades que pretendam reduzir o risco de quedas e aumentar a estabilidade postural de idosos. / Falls are the major cause of injuries in the elderly. Moreover, it is the most frequent cause of injury amongst the elderly, increasing their vulnerability and, not rarely, leading to death. After a sudden perturbation, the capacity of regaining postural control is clearly diminished in the elderly. The reduced capacity to react during unexpected perturbations come as a result of the age-related cumulative deficiencies, such as lower muscle strength, contraction velocity, reaction time and the reduced capacity of information processing. Several studies aiming at minimizing the age-related deficiencies and enhancing postural control capacities can be found in the literature. However, only a few have searched for the reasons that had led to the intervention outcomes. Recently, the mechanisms through which the dynamic stability is maintained have been described, identifying some important variables acting during the dynamic stability recovery. Concerning these findings some researchers suggest that training interventions with a high dynamic component, incorporating specific movements that exercise the mechanisms responsible for the dynamic stability could enhance postural control during unexpected perturbations and would improve the possibility of success of interventions that intend to prevent falls in the elderly. Therefore, the purpose of this study was to analyze the effects of a mini trampoline training on elderly postural control. We hypothesize that a mini trampoline training based on exercises that enhance the mechanisms through which the dynamic stability is maintained would be an efficient intervention to improve the postural stability reactions during unexpected perturbations and prevent falls. In an attempt at studying the effects of the trampoline training through different approaches and circumstances of the postural control, this thesis was divided into three studies. The first study aimed at investigating the effects of a 14-week mini trampoline training on the postural recovery capacities during a sudden forward fall. The second, assessed the capacities of developing efficient adaptative adjustments to recover from unexpected perturbations during locomotion after the 14-week mini trampoline training for the elderly. The third, evaluated the effects of mini trampoline training on: a) the peak isometric torque of knee extensors and ankle plantarflexors muscles; b) the center of pressure (CP) displacement during maximal anterior body inclination and c) if there was a correlation between the results of muscle force and the maximal anterior body displacement task. In order to achieve the objectives described above, twenty two elderly subjects (67±4 years) were taken as volunteers for the experimental group (trained group) and additionally twelve subjects (68±3 years) were included as controls for the first study. During the procedure of the three studies the trained subjects were assessed in two moments: a) previously to the mini trampoline training (pre measurement) and b) after the 14-week mini trampoline training period (post measurement) or after 3 months for the control group (post measurement). The assessments of the first and second studies were based on the variable called “margin of stability”. This method was described by Hof et al. (2005), and allows a precise measurement of the dynamic stability situation of a body by the analysis of the mechanisms responsible for maintaining the dynamic stability, such as extrapolation of Center of Mass (CM), boundaries of base of support (BoS), vertical projection of the CM to the ground, horizontal velocity of CM among others. The results of the first study showed that the trained elderly improved their recovery performance after a sudden forward fall after the mini trampoline training. The variable margin of stability at the instant of release of the forward fall decreased after training, showing that the subjects were able to recover stability with a single step from more inclined positions (more unstable positions) while compared either to pre-measurement and to the control group performance. The results also showed that the higher rate of BoS increase was the main parameter responsible for the improvement in the dynamic stability control after training. The results of the second study showed evidence that after the training period the trained subjects increased their postural reaction and adaptation capacities during sudden perturbations in the gait. The data indicated that the higher capacity of increase the BoS after the mini trampoline training was the main factor responsible for the more efficient feedback reactions as well as predictive responses while recovering from a perturbation in the gait protocol. The third study revealed that the training increased the peak torque of the ankle plantarflexors, but not from the knee extensors during a maximal isometric voluntary contraction. In addition, the results showed an improvement in the maximal CP displacement related to the BoS, leading to shorter distances between BoS and CP. The negative correlation between the results from peak ankle plantarflexors torque and the distances (BoS – CP) suggests that the higher torque produced after the training is important for stability and was the responsible for the improvement on the static balance task related to the maximal anterior projection of the body. In summary, the results of the three studies performed in the thesis under different approaches showed evidences that the 14-week mini trampoline training intervention based on exercises that enhance the mechanisms responsible for dynamic stability were capable to improve (1) elderly dynamic stability postural reactions while recovering from a forward fall with a single step, (2) the predictive and the reactive feedback mediated responses in the recovery of an unexpected perturbation during locomotion, (3) the peak isometric torque of the ankle plantarflexors and (4) the performance in the static balance task of maximal anterior body projection. Therefore, it is possible to conclude that the mini trampoline training, and specially the training of the mechanisms responsible for dynamic stability, is an efficient approach that should be used and stimulated in every intervention that wishes to reduce the fall risk and improve the postural stability in the elderly.

Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-01-21T09:35:50Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Milena Fiuza Diniz - 2015.pdf: 2191789 bytes, checksum: f9b07815a956dcbb354d5efe246b7a13 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-01-21T09:37:19Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Milena Fiuza Diniz - 2015.pdf: 2191789 bytes, checksum: f9b07815a956dcbb354d5efe246b7a13 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-01-21T09:37:19Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Milena Fiuza Diniz - 2015.pdf: 2191789 bytes, checksum: f9b07815a956dcbb354d5efe246b7a13 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2015-03-10 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / It is expected that networks of protected areas (NPAs) play a key role in conservation of several carnivores species, as jaguar, since habitat fragmentation and population isolation are strong threats. Therefore, the identification and establishment of connector structures, such as corridors and stepping-stones, are essential to ensure the population persistence of these species. Here, we used graph approach and the habitat availability metrics to design NPAs for jaguars in Atlantic Forest and ranking protected areas and other forest fragments according to their importance for landscape connectivity. Our results indicate that the protected jaguar areas (PJAs) are important to functional connectivity, mainly the state parks located in the Serra do Mar. The potential stepping-stone network, formed by 564 fragments with higher levels of importance for connectivity, increased the number of connections in landscape and reduced the amount of isolated PJAs. Only 15 fragments of this network, located in the south of the Atlantic Forest, contributed with 88% of interpatch connectivity, being considered as potential sites for jaguars reintroduction. Most of these connector areas are under the less restrictive protection of sustainable use protected areas. The approach used here has simple data requirements and provides a valuable initial guide to planning NPAs, can be applied to many other species. / (Sem resumo)

A simulação de escoamentos com superfícies livres vem ganhando importância ao longo dos últimos anos devido às várias aplicações práticas em que esse tipo de escoamento está envolvido. Dentre os métodos numéricos existentes para a simulação de escoamentos, temos o GENSMAC, que é uma técnica numérica para simular escoamentos newtonianos com superfícies livres. A implementação de métodos semi-implícitos para a discretização temporal das equações de Navier-Stokes permitiu uma relaxação significativa na restrição no passo temporal, reduzindo consideravelmente o custo computacional na simulação de escoamentos com Re 1. Mas, mesmo no caso dos métodos semi-implícitos, o passo temporal não pode aumentar além de certos limites, bem aquém daquele da restrição CFL, sem provocar sérios problemas de precisão nos resultados numéricos e consequente aparecimento de resultados não físicos. Portanto, mesmo na formulação semi-implícita, uma restrição no passo temporal é aplicada. Neste trabalho, analisamos e implementamos no sistema FREEFLOW2D uma estratégia de adaptação do passo temporal de maneira a garantir a estabilidade e a precisão utilizando o maior passo temporal possível. A eficiência e robustez da técnica incorporada à formulação implícita do GENSMAC são demonstradas na solução de problemas bidimensionais complexos com superfícies livres e baixo número de Reynolds, incluindo os problemas do inchamento do extrudado e jet flow / The simulation of free surfaces flows has gained importance in the recent years due to the many practical applications of this type of flow. Among the many numerical methods available for the simulation of fluid flows, there is GENSMAC, which is a numerical technique to simulate Newtonian flows with free surfaces. The implementation of semi-implicitmethods for the temporal discretization of the Navier-Stokes equations allowed a significant loosening in the time step restriction, reducing considerably the computational cost of the simulation of flows with Re 1. But, even with the semi-implicit methods, the time step cannot increase beyond certain limits, well below the CFL restriction, without causing serious accuracy problems in the numerical results and the consequent appearance of non-physical results. Therefore, even in the semi-implicit formulation, a time step restriction is applied. In this work, we analyse and implement in the FREEFLOW2D system a strategy for adaptive time-stepping in order to ensure stability and precision while using the largest possible time step. The efficiency and robustness of the technique incorporated to the implicit formulation of GENSMAC are demonstrated in the solution of two-dimensional complex problems with free surfaces and low Reynolds numbers, including the swelling of the extrudate and jet flow problems

Context. In computer graphics, realistic looking fluid is often desired. Simulating realistic fluids is a time consuming and computationally expensive task, therefore, much research has been devoted to reducing the simulation time while maintaining the realism. Two of the more recent optimization algorithms within particle based simulations are two-scale simulation and regional time stepping (RTS). Both of them are based on the predictive-corrective incompressible smoothed particle hydrodynamics (PCISPH) algorithm. Objectives. These algorithms improve on two separate aspects of PCISPH, two-scale simulation reduces the number of particles and RTS focuses computational power on regions of the fluid where it is most needed. In this paper we have developed and investigated the performance of an algorithm combining them, utilizing both optimizations. Methods. We implemented both of the base algorithms, as well as PCISPH, before combining them. Therefore we had equal conditions for all algorithms when we performed our experiments, which consisted of measuring the time it took to run each algorithm in three different scene configurations. Results. Results showed that our combined algorithm on average was faster than the other three algorithms. However, our implementation of two-scale simulation gave results inconsistent with the original paper, showing a slower time than even PCISPH. This invalidates the results for our combined algorithm since it utilizes the same implementation. Conclusions. We see that our combined algorithm has potential to speed up fluid simulations, but since the two-scale implementation was incorrect, our results are inconclusive.

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While stepping in place without vision, individuals displace linearly and rotate, without perceiving these displacements. The aims of this study were to evaluate the effect of a concomitant cognitive task and the influence of knee height on these displacements in stepping in place for 50 steps. Sixteen adults (mean age = 22 years) performed four conditions of stepping: normal knee height and high knee height with and without a cognitive task. Antero-posterior (AP) displacement was significantly smaller in dual task than in single task at normal knee height, and AP and medio-lateral displacements were significantly larger at high than at normal knee height for single and dual task. No changes in body rotation were found. These findings suggest that automaticity is involved in the control of stepping in place with a concurrent cognitive task and that one’s attentional capacity is exceeded when stepping in place with high knees and a cognitive task.

abstract: INTRODUCTION: As people age, they become increasingly susceptible to falls, particularly when their attention is divided. Cognitive domains such as executive functioning and processing speed also decline over time and are associated with falls. A critical aspect to reducing falls are reactive steps, which are used to recover balance after a perturbation. Characterizing the relationship between cognition, dual tasking, and prioritization is necessary in order to decrease fall risk in older adults. Thus, the purpose of this analysis was to determine the effects of baseline cognitive status on dual task interference and prioritization of postural and cognitive tasks while reactive stepping. METHODS: 30 participants (Parkinson's disease (PD) n=16, healthy controls (HC) n=14) were divided into two groups based on their baseline cognitive status: the high-cog group (n=18) or the low-cog group (n=12). All participants experienced 7 perturbation trials where they were solely tasked with reactive stepping, 2 cognitive trials where they were solely tasked with verbally responding to an auditory Stroop test, and 7 trials that combined the two tasks. Cognitive and protective stepping performance was calculated for dual task interference and prioritization across groups. RESULTS: There were no outcome variables that showed the log-cog group performing worse than the high-cog group from single to dual task conditions. While examining the dual task interference between groups, the only significant outcome was that the low-cog group exhibited a subtle improvement in their step length performance under dual task conditions while the high-cog group did not. When comparing the prioritization scores, there was no statistically significant difference in prioritization between the high-cog and low-cog group. Albeit not significant across groups, the prioritization score for all outcomes was negative, indicating a stepping prioritization under dual task conditions for both groups. This analysis provides preliminary evidence that baseline cognitive status does not significantly affect dual task interference nor prioritization while reactive step dual tasking. While these effects should be treated with caution, these results would suggest that baseline cognitive status may not play a critical role in dual task interference or attentional allocation in both people with PD and healthy older adults. / Dissertation/Thesis / Masters Thesis Exercise and Wellness 2020

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