Teses e Dissertações (BDTD USP - IFSC)
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Item Avalanches e redes complexas no modelo Kinouchi-Copelli(2012-10-25) Valencia, Camilo AkimushkinA 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.Item Redes complexas: novas metodologias e modelagem de aquisição de conhecimento(2010-03-19) Silva, Filipi NascimentoEstudos em redes complexas têm ganhado cada vez mais atenção devido ao seu potencial de representação simples de modelos complexos em diversas áreas de conhecimento. A obtenção de modelos quantitativos que representem fenômenos observados da natureza, assim como o desenvolvimento de metodologias de caracterização de redes complexas, tornaram-se essenciais para a compreensão e desenvolvimento de pesquisas com essas estruturas. Este trabalho tem como objetivo desenvolver e estudar alguns métodos recentes, usados para a caracterização de redes complexas, explorando-os no contexto da modelagem de conhecimento. Para isso, duas redes complexas foram geradas, uma rede de colaboração de pesquisadores da USP e outra obtida a partir do banco de dados de artigos da Wikipédia, considerando apenas aqueles da categoria de teoremas matemáticos. As medidas concêntricas, que foram recentemente formalizadas, são exploradas e aplicadas às redes descritas, assim como para diversos modelos teóricos, fornecendo informações muito relevantes sobre a topologia dessas redes. Resultados ainda mais interessantes são obtidos pela caracterização dos vértices da rede de colaboração, que revelam padrões de interdisciplinaridade entre as diferentes áreas do conhecimento. Um modelo de aquisição de conhecimento também foi proposto, aplicando a utilização de simulações de múltiplos agentes interagentes que caminham por uma rede complexa segundo uma heurística auto-esquivante. Resultados dessas simulações, realizadas para a rede da Wikipédia e outros modelos teóricos, mostram que certas configurações de parâmetros e de redes apresentam melhor desempenho na aquisição do conhecimento, com a rede de teoremas apresentando o pior deles. Entretanto, diferentemente do que era esperado, a variação da memória dos agentes pouco influência a velocidade de aquisição de conhecimento dos agentes. A freqüência de acesso dos vértices pelos agentes também foi determinada e explorada superficialmente. Diversos softwares foram desenvolvidos para uso neste projeto de mestrado, dentre eles destaca-se o visualizador 3D, que se tornou indispensável para a análise das contribuições das outras propriedades apresentadas.Item \"Metodologia das redes complexas para caracterização do sistema de Havers\"(2007-04-19) Viana, Matheus PalharesEsta dissertação apresenta um estudo detalhado do sistema de canais do osso cortical dos animais sob o ponto de vista das redes complexas. Este sistema é composto por canais paralelos ao eixo principal do osso e por canais perpendiculares. Estes canais são chamados de canais de Havers e Volkman, respectivamente. Sua principal função é conduzir os vasos sangüíneos responsáveis pela nutrição das células por toda estrutura óssea. O conjunto de canais foi mapeado em uma rede na qual consideramos cada vértice como sendo a intersecção de um ou mais canais e as conexões entre os vértices como os próprios canais. Analisamos as características topológicas desta rede utilizando os conceitos clássicos de redes complexas, como conectividade, coeficiente de clusterização, distribuição do comprimento dos menores caminhos e detecção de comunidades. Também utilizamos uma abordagem hierárquica para algumas destas medidas. Mostramos que a rede do osso cortical é altamente modular, sendo organizada em comunidades bem definidas e espacialmente localizadas, sendo este último fator importante para determinação das características topológicas da comunidade. Os resultados demonstram que a rede Haversiana é similar a outras redes reais, sugerindo um processo natural de otimização durante sua criação. Alguns aspectos dinâmicos também foram estudados através do processo de despercolação. Nós mostramos que as comunidades da rede Haversiana não são igualmente resistentes a perda de conexões. Além disso as comunidades mais resistentes estão localizadas na região posterior do osso, onde também estão localizados os prolongamentos ósseos, responsáveis pela sustentação e equilíbrio mecânico da estrutura. Também avaliamos o fluxo entre a medula óssea e o periósteo ósseo durante o processo de despercolação e o comparamos com o fluxo medido quando a rede é submetida a ataques. Nossos resultados indicam que a remoção aleatória de conexões é mais prejudical às propriedades de transporte desta rede.