A lagged particle filter for stable filtering of certain high-dimensional state-space models

We consider the problem of high-dimensional filtering of state-space models (SSMs) at discrete times. This problem is particularly challenging as analytical solutions are typically not available and many numerical approximation methods can have a cost that scales exponentially with the dimension of the hidden state. Inspired by lag-approximation methods for the smoothing problem, we introduce a lagged approximation of the smoothing distribution that is necessarily biased. For certain classes of SSMs, particularly those that forget the initial condition exponentially fast in time, the bias of our approximation is shown to be uniformly controlled in the dimension and exponentially small in time. We develop a sequential Monte Carlo (SMC) method to recursively estimate expectations with respect to our biased filtering distributions. Moreover, we prove for a class of class of SSMs that can contain dependencies amongst coordinates that as the dimension $d\rightarrow\infty$ the cost to achieve a stable mean square error in estimation, for classes of expectations, is of $\mathcal{O}(Nd^2)$ per-unit time, where $N$ is the number of simulated samples in the SMC algorithm. Our methodology is implemented on several challenging high-dimensional examples including the conservative shallow-water model

Fertility rate of short-term progestagen pretreated ewes in relation to breed: A field study

Στην παρούσα έρευνα μελετήθηκε η επίδραση της μικρής-διάρκειας αγωγής με σπόγγους προγεσταγόνων σε σύγκριση με την αντίστοιχη μακράς-διάρκειας αγωγή στη γονιμότητα προβατίνων Καραγκούνικης φυλής και φυλής Χίου, μετά από φυσική οχεία ή τεχνητή σπερματέγχυση. Διενεργήθηκαν 2 πειραματισμοί κατά τη μεταβατική περίοδο από την άνοιστρη στην ένοιστρη περίοδο. Στον 1ο πειραματισμό (φυσική οχεία, ΝΜ), οι προβατίνες Καραγκούνικης φυλής και φυλής Χίου χωρίστηκαν σε 3 ομάδες που ήταν οι KLM (μακράς διάρκειας αγωγή, n=35), KSM (μικρής διάρκειας αγωγή, n=34), KSP (μικρής διάρκειας αγωγή, προσταγλανδίνη, n=35) και CLM (n=40), CSM (n=35), CSP (n=38), αντίστοιχα. Στον 2ο πειραματισμό (ενδοτραχηλική τεχνητή σπερματέγχυση, ΑΙ), οι προβατίνες Καραγκούνικης φυλής Χίου χωρίστηκαν τυχαία σε 3 ομάδες που ήταν οι KLA (μακράς διάρκειας αγωγή, AI:54h, n=50), KSA1 (μικρής διάρκειας αγωγή, AI:54h, n=20), KSA2 (μικρής διάρκειας αγωγή, AI:48h, n=28) και CLA (n=40), CSA1 (n=16), CSA2 (n=20), αντίστοιχα. Την ημέρα αφαίρεσης των σπόγγων (ημέρα 0) έγινε έγχυση 400 IU eCG. Για τη φυσική οχεία συμμετείχαν δέκα κριάρια ενώ για την εφαρμογή της AI χρησιμοποιήθηκε νωπό σπέρμα. Διάγνωση κυοφορίας πραγματοποιήθηκε 40-45 ημέρες αργότερα. Στον 1ο πειραματισμό, γίνονταν καθημερινά αιμοληψίες για 5 ημέρες ξεκινώντας την ημέρα 0, με σκοπό τον προσδιορισμό της συγκέντρωσης της προγεστερόνης. Στην Καραγκούνικη φυλή μετά τη NM το ποσοστό εγκυμοσύνης ήταν μεγαλύτερο (P<0.05) στην ομάδα KSM (35,29%) σε σύγκριση με την KLM (17,14%), αλλά δεν διέφερε από την KSP (28,57%), ενώ μετά την AI ήταν μεγαλύτερο (P<0.05) στην ομάδα KLA (42,00%) ή στην KSA1 (40,00%) σε σύγκριση με την KSA2 (14,29%). Καμία σημαντική διαφορά στο ποσοστό εγκυμοσύνης δεν διαπιστώθηκε μεταξύ των ομάδων στη φυλή Χίου μετά τη NM [CLM (45,00%), CSM (36,84%), CSP (34,29%)] ή την AI [CSA1 (50,00%), CSA2 (50,00%), CLA (45,00%)]. Ο δείκτης πολυδυμίας δεν διέφερε μεταξύ των ομάδων των δύο φυλών. Συμπερασματικά, η εφαρμογή μικρής διάρκειας αγωγή με προγεσταγόνα μπορεί να βελτιώσει (Καραγκούνικη) ή να μην επηρεάσει (Χίου) τη γονιμότητα των προβατίνων σε σχέση με την αντίστοιχη αγωγή μακράς-διάρκειας. Επίσης, η γονιμότητα των προβατίνων μετά από τεχνητή σπερματέγχυση εξαρτάται από το χρόνο εφαρμογής της σε σχέση με τη φυλή.The effect of short-term instead of long-term progestagen treatment on fertility of Karagouniko and Chios ewes, after natural mating or artificial insemination, was investigated. Two experiments were performed during the transition period from anοestrous to the breeding season. In the 1st experiment (natural mating, NM), Karagouniko and Chios ewes were randomly allocated into 3 groups, that were KLM (long-term progestagen treatment; n=35), KSM (short-term progestagen treatment; n=34), KSP (short-term progestagen treatment; prostaglandin; n=35) and CLM (n=40), CSM (n=35), CSP (n=38), respectively. In the 2nd experiment (intracervical artificial insemination, AI) Karagouniko and Chios ewes were randomly allocated into 3 groups, that were KLA (long-term progestagen treatment; AI at 54h; n=50), KSA1 (short-term progestagen treatment; AI at 54h; n=20), KSA2 (short-term progestagen treatment; AI at 48h; n=28) and CLA (n=40), CSA1 (n=16), CSA2 (n=20), respectively. At sponges’ removal (d0) all ewes received 400 IU eCG. Ten rams served NM, while for AI fresh diluted semen was used. Pregnancy diagnosis was performed, 45-50 days later. Ιn the 1st experiment, blood samples were collected, daily for 5 days, starting on d0, for serum progesterone assessment. Conception rate in Karagouniko ewes after NM was higher (P<0.05) in KSM (35.29%) compared to KLM (17.14%) group, but did not differ with KSP (28.57%) group, while after AI it was higher (P<0.05) in KLA (42.00%) or KSA1 (40.00%) compared to KSA2 (14.29%) group. In Chios ewes no significant differences were observed between groups either after NM [CLM (45.00%), CSM (36.84%), CSP (34.29%)] or after AI [CSA1 (50.00%), CSA2 (50.00%), CLA (45.00%)]. No significant differences were observed after NM or after AI in the litter size in both breeds. These results indicate that short-term progestagen treatment for oestrus synchronization could be applied in indigenous Greek sheep breeds, resulting in equal (Chios) or improved fertility (Karagouniko) than the common long-term one. Also, the fertility rate in ewes subjected to short-term progestagen treatment depends on the time of AI in relation to breed

The application of in vitro fertilization techniques for the evaluation of ram fertility

Η πρόβλεψη της γονιμοποιητικής ικανότητας ενός κριού χρησιμοποιώντας in vitro δοκιμές, θα μπορούσε να έχει μεγάλη σημασία για την αναπαραγωγική διαχείριση σε ποίμνια προβάτων. Υπάρχουν πολλές διαδικασίες in vitro που διατίθενται για την αξιολόγηση της ποιότητας του σπέρματος και της γονιμοποιητικής ικανότητας, και η μέθοδος που θα επιλεγεί εξαρτάται από το στόχο της αξιολόγησης του σπέρματος και των διαθέσιμων πόρων. Η αξιολόγηση της γονιμοποιητικής ικανότητας του σπέρματος in vitro, κατά αρχάς αναπτύχθηκε για την εφαρμογή της τεχνητής σπερματέγχυσης (ΑΙ) και μετέπειτα για την εφαρμογή της τεχνικής της in vitro γονιμοποίησης (IVF). Οι τεχνικές της IVF επιτρέπουν την εκτίμηση της γονιμοποιητικής ικανότητας του σπέρματος με το να εκτιμούν την ικανότητα των σπερματοζωαρίων να διεισδύουν και να γονιμοποιήσουν ώριμα ωάρια in vitro και με το ποσοστό παραγωγής εμβρύων μετά από in vitro γονιμοποίηση και καλλιέργεια των γονιμοποιημένων ωαρίων. Στην παρούσα βιβλιογραφική ανασκόπηση παρουσιάζονται συνοπτικά μελέτες που πραγματοποιήθηκαν in vitro, σε μια προσπάθεια για τη δημιουργία μιας εργαστηριακής δοκιμής που με ακρίβεια να αξιολογεί, και ακόμη περισσότερο να προβλέπει την γονιμοποιητική ικανότητα σπέρματος κριών.The prediction of field fertility of a given ram by using in vitro tests would be of great importance for the reproductive management in sheep flocks. There are many in vitro procedures available for evaluating semen quality and fertilizing ability, and the method chosen depends on the objective of evaluating the sperm and the available resources. The in vitro evaluation of semen fertilizing ability was firstly developed for the artificial insemination (AI) purposes and secondly for the application of in vitro fertilization (IVF) technique. The IVF techniques allow the assessment of fertility in terms of ability to penetrate and fertilize in vitro mature oocytes and ultimately to yield component embryos following IVF and culture. In this review are briefly presented in vitro studies performed in an attempt to establish an accurate laboratory test for the evaluation and, even more, the prediction of field fertility in sheep

Evaluation of nitrogen excretion equations for ryegrass pasture-fed dairy cows

Accurate and precise estimates of nitrogen (N) excretion in faeces and urine of dairy cattle may provide direct tools to improve N management and thus, to mitigate environmental pollution from dairy production. Empirical equations of N excretion have been evaluated for indoor dairy cattle but there is no evaluation for cows fed high proportions of fresh forage. Therefore, the objective of the current study was to evaluate N excretion equations with a unique data set of zero-grazing experiments. Through literature searches, 89 predictive equations were identified from 13 studies. An independent data set was developed from seven zero-grazing experiments with, in total, 55 dairy Holstein-Friesian cows. Models’ performance was evaluated with statistics derived from a mixed-effect model and a simple regression analysis model. Squared sample correlation coefficients were used as indicators of precision and based on either the best linear unbiased predictions (R2BLUP) or model-predicted estimates (R2MDP) derived from the mixed model and simple regression analysis, respectively. The slope (β0), the intercept (β1) and the root mean square prediction error (RMSPEm%) were calculated with the mixed-effect model and used to assess accuracy. The root mean square prediction error (RMSPEsr%) and the decomposition of the mean square prediction error were calculated with the simple regression analysis and were used to estimate the error due to central tendency (mean bias), regression (systematic bias), and random variation. Concordance correlation coefficient (CCC) were also calculated with the simple regression analysis model and were used to simultaneously assess accuracy and precision. Considering both analysis models, results suggested that urinary N excretion (UN; R2MDP = 0.76, R2BLUP = 0.89, RMSPEm% = 17.2, CCC = 0.82), total manure N excretion (ManN; R2MDP = 0.83, R2BLUP = 0.90, RMSPEm% = 11.0, CCC = 0.84) and N apparently digested (NAD; R2MDP = 0.97, R2BLUP = 0.97, RMSPEm% = 5.3, CCC = 0.95) were closely related to N intake. Milk N secretion was better predicted using milk yield as a single independent variable (MilkN; R2MDP = 0.77, R2BLUP = 0.97, RMSPEm% = 6.0, CCC = 0.74). Additionally, DM intake was a good predictor of UN and ManN and dietary CP concentration of UN and ManN. Consequently, results suggest that several evaluated empirical equations can be used to make accurate and precise predictions concerning N excretion from dairy cows being fed on fresh forage

Annual concentrations of thyroxin and progesterone in Karagouniko and Chios ewes

Σε προβατίνες (n=20) δυο εγχώριων φυλών προβάτων (Χίου και Καραγκούνικης), που διαφοροποιούνται ως προς την εποχική αναπαραγωγική δραστηριότητα, μελετήθηκαν οι ετήσιες διακυμάνσεις των συγκεντρώσεων της προγεστερόνης και θυροξίνης, δυο ορμονών που επηρεάζουν την αναπαραγωγή στο είδος αυτό. Ο προσδιορισμός της συγκέντρωσης των ορμονών έγινε σε δείγματα που συλλέγονταν σε εβδομαδιαία διαστήματα με ραδιοανοσολογική μέθοδο. Η μέση ετήσια συγκέντρωση της θυροξίνης δεν διέφερε μεταξύ των δυο φυλών. Και για δυο τις φυλές, και κατά τις περιόδους αυξανόμενης ή μειούμενης διάρκειας της ημέρας, οι συγκεντρώσεις της θυροξίνης επίσης δεν διέφεραν. Διακριτές αυξήσεις στη συγκέντρωση της θυροξίνης παρατηρήθηκαν περίπου ένα μήνα πριν τη μετάβαση στην άνοιστρη περίοδο και ήταν μεγαλυτέρου εύρους στα ζώα της Καραγκούνικης φυλής. Η διάρκεια της οιστρικής περιόδου ήταν σαφώς μικρότερη στην Καραγκούνικη φυλή σε σχέση με αυτήν της Χίου* στην τελευταία σημαντικό ποσοστό ζώων είχε ιδιαίτερα σύντομης διάρκειας άνοιστρη περίοδο. Τα αποτελέσματα αυτά παρέχουν ισχυρές ενδείξεις για το ότι η θυρεοειδική δραστηριότητα παίζει καταλυτικό ρόλο στη ρύθμιση της αναπαραγωγικής περιόδου στο πρόβατο.The circannual secretion of progesterone and thyroxin of two indigenous sheep breeds (Chios and Karagouniko, each n=10) with different reproductive pattern was investigated. Blood samples were collected weekly and the serum hormone's concentration was assayed by RIA. Between breeds, no difference was detected in the mean annual thyroxin concentration. Similarly, no differences were detected within breeds in the mean thyroxin concentrations for the periods of increasing and decreasing daylight. Clear thyroxin peaks were detected in both breeds a month or so prior to the transition to anestrus period; these peaks were higher in the Karagouniko breed. Breeding season duration was clearly shorter in Karagouniko in comparison with that of Chios; in the later breed many animals had substantially short anestrus. These results give strong indications that thyroid activity has a catalytic role in the regulation of the reproductive period in ewes

The effect of thiamizole in thyroid and ovarian activity of Karagouniko breed ewes

Σκοπός της εργασίας αυτής ήταν η δυνατότητα διεύρυνσης της οιστρικής περιόδου στις προβατίνες Καραγκούνικης φυλής μέσω της φαρμακευτικής καταστολής της δραστηριότητας του θυρεοειδούς αδένος σε συγκεκριμένη περίοδο του έτους. Στην πρώτη φάση (12 μήνες) μελετήθηκε σε 10 προβατίνες η ετήσια διακύμανση της συγκέντρωσης της θυροξίνης και της τριϊωδιθυρονίνης. Το επόμενο έτος, με βάση τα αποτελέσματα της πρώτης περιόδου, χορηγήθηκε θυρεοστατικός παράγοντας σε 10 προβατίνες (και 10 μάρτυρες) και μελετήθηκε η διάρκεια της οιστρικής περιόδου και οι παράμετροι του οιστρικού κύκλου. Τα αποτελέσματα του πρώτου πειράματος έδειξαν ετήσια διακύμανση της Τ3 και Τ4 με σημαντικές διαφορές μεταξύ των περιόδων αυξανόμενης και μειούμενης διάρκειας της ημέρας. Διακριτή αύξηση των θυρεοειδικών ορμονών παρατηρήθηκε περί το τέλος της εαρινής περιόδου. Η χορήγηση θειαμαζόλης μείωσε σημαντικά την έξαρση που παρατηρήθηκε στους μάρτυρες, αλλά δεν κατέστειλε τη συγκέντρωση της θυροξίνης. Η μορφολογία της ωοθήκης, η συγκέντρωση της προγεστερόνης και κυρίως η διάρκεια της οιστρικής περιόδου δεν διέφεραν μεταξύ των δύο ομάδων. Συνάγεται ότι απαιτείται ισχυρότερη ή/και μεγαλύτερης διάρκειας καταστολή της εκκριτικής δραστηριότητας του θυρεοειδούς ώστε να επιτευχθεί παράταση της οιστρικής περιόδου.The objectives of the present study were to investigate the feasibility to extent the breeding season after pharmacological thyroid gland suppression in Karagouniko ewes. During the first experimental phase, we studied the circannual variation in thyroxin and triiodiothyronin concentration in 10 ewes. During the next year, on the basis of the results obtained from the first phase, thiamazole was administered in 10 of 20 ewes. Sample analysis from the first experiment showed that T3 and T4 fluctuate throughout the year, but at the period of increasing daylight their concentrations were higher in comparison to those of the periods of decreasing daylight. A clear and abrupt increase in both T3 and T4 was observed during the end of spring. In the second experiment we attempted to eliminate this increase by thiamazole administration. Thiamazole suppressed T3 and T4 increase, but estrous cycle characteristics (ovarian structures, progesterone concentration) and mainly the duration of the breeding season did not differ between the two groups. We infer that stronger and possibly longer thyroid gland suppression is required in order an extension of the breeding season to be achieved

Impact of thyroid status on the response to ram effect in ewes

Ο θυρεοειδής αδένας είναι αποδεδειγμένα απαραίτητος για την έναρξη της άνοιστρης περιόδου, ενώ δεν έχε ιαποδειχθεί ακόμη η σημασία του στην έναρξη της οιστρικής περιόδου στο πρόβατο. Σκοπός της παρούσας μελέτης ήταν η διερεύνηση των θυρεοειδικών ορμονών, καθώς και της προγεστερόνης σε σχέση με την έναρξη της ωοθηκικής δραστηριότητας μετά από «επίδραση του αρσενικού». Χρησιμοποιήθηκαν 44 προβατίνες Βλάχικης φυλής, οι οποίες ελέγχονταν καθημερινά για εμφάνιση οίστρου καθ' όλην τη διάρκεια του πειραματισμού. Δείγματα αίματος συλλέγονταν εβδομαδιαία για 4 εβδομάδες πριν έως 11 εβδομάδες μετά την είσοδο των κριών, οπότε όλα τα ζώα παρουσίασαν οίστρο. Στα δείγματα αυτά προσδιορίστηκαν τα επίπεδα της θυροξίνης και της προγεστερόνης με ράδιο ανοσολογική μέθοδο. Οι 35 από τις 44 προβατίνες αντέδρασαν στην είσοδο των κριών με σιωπηλό οίστρο και χαρακτηρίστηκαν ως ομάδα Α, ενώ οι υπόλοιπες 9 που δεν αντέδρασαν και εμφάνισαν καθυστερημένα οίστρο αποτέλεσαν την ομάδα Β. Η συγκέντρωση της θυροξίνης παρουσίασε άμεση άνοδο (1η εβδομάδα) και διατηρήθηκε αυξημένη για 4 εβδομάδες στην ομάδα Α, που αντέδρασε στην είσοδο των κριών με σιωπηλό οίστρο. Στα ζώα της ομάδας Β η συγκέντρωση της θυροξίνης αυξήθηκε μετά την πρώτη εβδομάδα (από την είσοδοτου κριού) και διατηρήθηκε αυξημένη για τις δυο επόμενες εβδομάδες. Η διαφορά στη συγκέντρωση της Τ4 μεταξύ της εβδομάδας 0 και 1 για τα ζώα της ομάδας Α ήταν στατιστικώς σημαντική (ρ<0.05), ενώ δεν παρατηρήθηκε διαφορά μεταξύ αυτών των τιμών για τα ζώα της ομάδας Β. Το πρότυπο της μεταβολής της συγκέντρωσης της προγεστερόνης ήταν παρόμοιο και στις δυο ομάδες με τη διαφορά ότι στα ζώα της ομάδας Β παρουσιάστηκε καθυστέρηση δυο εβδομάδων στην αύξηση των επιπέδων της. Διαφορά παρουσιάστηκε και στις γόνιμες οχείες, οι οποίες για τις προβατίνες της ομάδας Α έγιναν στις 4.6 ± 0.3 εβδομάδες (Χ ± SEM), ενώ σε αυτές της ομάδας Β στις 8.4 ± 0.8 εβδομάδες, μετά την είσοδο του κριού. Συμπερασματικά, φαίνεται ότι η θυροξίνη κατά την «επίδραση του κριού» επηρεάζει την έκκριση του GnRH αυξάνοντας την ευαισθησία των υποθαλαμικών νευρώνων στη δράση των οιστρογόνων και επομένως στην πρόκληση της ωοθυλακιορρηξίας.The role of thyroid hormones on the transition to anestrous has been well established in ewes, but their possible involvement in the induction of reproductive activity remains obscure. The aim of the present study was to investigate the role of thyroid hormones in the induction of the first ovulation in relation to "ram effect" in ewes. Fourty-four ewes of the Greek Zackel mountain type breed were used. The ewes were housed separately from the rams until day 0 (entrance of rams). Blood samples were collected weekly for 4 weeks until 11 weeks after the ram entrance for the determination of thyroxin and progesterone levels. Thirty-five out of 44 ewes (group A) had a silent heat, while the rest 9 ewes (group B) exhibited a delayed estrus. Thyroxin levels rose immediately after ram entrance in animals of group A, but in group Β the increase in thyroid hormone levels was evident only after the first week. The difference in T4 levels between week 0 and 1 for ewes of group A was significantly higher than that observed for animals of group Β (p<005). The pattern of progesterone release was similar between the two groups, but a two week delay in the increase of progesterone concentration was observed in animals of group Β compared to group A. It is concluded that thyroid hormones may act at the beginning of the breeding season to cause a modification in gonadotrophin secretion leading to early ovulation