Towards identification of Octopus cyanea behaviour in its natural habitat

Tese de mestrado, Informática, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2019Octopuses are known to hunt together with fish and the quantification of such interspecific interactions has been performed with manual processing of single video recordings. Besides being a very time-consuming task it also does not provide a reliable way of registration for data analysis, especially in unstructured environments. Within this context, this dissertation aims to develop a semi-automated tracking system to observe and record cooperative behaviour events of a tropical invertebrate mollusc - the big blue octopus (Octopus cyanea). This dissertation also includes fieldwork for capturing stereoscopic videos of octopuses’ behaviours with a pair of underwater cameras, and extracted three-dimensional location information from them with an intelligent tracking system. A central component of the solution is an already existing tracking system specialized in structured subjects, with well-defined body parts, — the DeepLabCut (DLC). DLC was never used on octopuses, a kind of animal that easily changes shape, colour, and texture. Thus, a significant part of this dissertation is directed at the identification of parameter values for the tracking algorithm. A successful usage pipeline and parametrization of a neural network (of DLC) that automatically tracks an octopus in a variety of situations in several minutes of video was achieved, requiring only the manual labelling of a small part of its frames.Octopus cyanea é uma espécie de polvos cujas capacidades de camuflagem evoluíram durante 270 milhões de anos no sentido de desenvolver uma técnica de caça bastante eficaz e evitar ser detectado e perseguido por predadores. Os polvos são conhecidos por mudar de cor, forma e textura consoante as condições ambientais e o contexto (alerta, ameaça ou alimentação). Estes animais têm também uma extraordinária flexibilidade corporal, permitindos passar por orifícios tão pequenos como 17mm Embora este animais sejam conhecidos por serem solitários exibem também comportamentos cooperativos com peixes em situação de caça. Alguns dos comportamentos que podem ser observados aquando da caça cooperativa são o comportamentoWeb Over, o comportamento Crawl, o comportamento Jump, e o Punch (um comportamento novo observado no decurso deste trabalho). Estes comportamentos notavelmente influencia a cor, a forma e a textura dos polvos, condições que precisam de ser tidas em conta aquando da análise de imagens e vídeos. Tanto quanto nos é dado a conhecer, não há ferramenta open-source que sejam capazes de seguir polvos de forma não intrusiva no seu ambiente natural. A maior parte dos trabalhos na literatura atual baseiam-se na interpretação e medidas feitas manualmente sobre vídeos singulares. O maior problema com este método é a sua morosidade e subjectividade. Tais métodos não fornecem uma forma fiável de registo e análise de dados. Ainda mais se a análise de depender da localização de marcos no ambiente ou na trajetória de sujeitos em ambientes não estruturados. Para além disso, as condições necessárias para observar um comportamento coletivo entre um polvo e peixes são muito difíceis de replicar em ambientes controlados como aquários. Para capturar tais comportamentos em vídeo, é necessário trabalhar no ambiente natural dos polvos, usando equipamento de mergulho e um equipamento de filmagem móvel. No que diz respeito aos sistemas identificação e seguimento foram desenhados para trabalhar em ambientes estéreis e estruturados onde existe um fundo claro e simples e o animal pode ser seguido é escuro e com uma forma elíptica. No entanto, no seu habitat natural, muitas das características usadas na visão por computador como a cor e a forma são altamente variáveis. Ao fornecer uma ferramenta semi-automática que acelera este processo, e que automaticamente segue polvos num ambiente tridimensional, permite-se uma reconstrução de trajetória e análise de comportamentos mais rápida e automática. A utilização de ferramentas tais a descrita neste documento poderá ajudar investigadores no estudo de animais marinhos no seu contexto natural, sem recurso a técnicas invasivas e onde a tecnologia de identificação e seguimento nunca foi aplicada. Esta solução permite que a análise do comportamento seja feita com um número muito mais reduzido de frames do que originalmente seria. Os desafios com que nos deparamos ao longo deste trabalho advêm de estarmos a trabalhar com um animal como o polvo, um animal que se desenvolveu ao longo de milhões de anos para conseguir enganar os sistemas de identificação natural dos predadores naturais. Estes mecanismos não só enganam os predadores como também enganam as redes neuronais. O principal objetivo deste trabalho é usar visão por computador para seguir um polvo (Octopus cyanea) no seu ambiente natural. O projeto onde este trabalho se encontra inserido tem por objetivo explorar o problema aberto de desenvolver um sistema semiautomático de seguimento que melhora o comportamento de análise de comportamento, para que este seja mais eficaz e rápido. Este objetivo é incorporado num sistema que reconstrói trajetórias de peixes e polvo, por sua vez este resultado pode ser usado como dado de entrada para uma análise de comportamento da dinâmica colaborativa do conjunto polvo, peixes. A visão final consiste num sistema completo cujos dados de entrada são vídeos tridimensionais subaquáticos e cujos resultados são etogramas representando o comportamento colaborativo de polvos e peixes. Esta dissertação foca-se na parte inicial da análise completa descrita acima, no desenho de uma pipeline e a parametrização de uma rede neuronal que segue automaticamente um polvo numa variedade grande de situações durante alguns minutos de vídeo, requerendo para tal apenas a anotação de uma pequena parte das suas imagens. É objetivo deste trabalho a identificação de ferramentas base, e a respetiva seleção e parametrização, para se atingir os objetivos. Como resultado, obtém-se uma ferramenta, ou a configuração de uma ferramenta existente que ajudará investigadores na área da análise dos comportamentos subaquáticos, em particular, do comportamento do O. cyanea. Como um outro produto deste trabalho espera-se disponibilizar uma base robusta para desenvolvimentos futuros de sistemas de análise comportamental de animais. No decurso deste trabalho foi efetuado trabalho de campo, onde foram utilizados dois tipos de câmaras subaquáticas, uma câmara tridimensional composta por duas câmaras num suporte fixo e uma câmara solta, potenciando vídeos com mais pormenor sobre os indivíduos. Foram registados 30 eventos isolados de comportamento cooperativo de caça, dos quais 8 foram anotados e analisados no decurso deste trabalho. Para cada um destes, a rede neuronal foi treinada e analisada tendo sido obtidos resultados que estãomuito perto do erro humano existente no processo de anotação de vídeos. Foram estudadas estratégias de anotação de vídeo que vão desde anotar centenas de imagens num vídeo até a anotação de poucas dezenas de imagens para vídeos de 2 a 30 minutos. É de notar que os fatores de confiança da rede claramente apontam para resultados com muita precisão, sendo que foi também analisada a progressão de aprendizagem da rede neuronal, analisando snapshots da rede em intervalos de algumas centenas de milhar de iterações. Este trabalho contribui para a comunidade científica com uma base de dados de vídeos raw e de vídeos manualmente anotados de polvos, de polvos a cooperar com diferentes espécies de peixes diferentes. Estes vídeos poderão ser utilizados para testar novas abordagens de identificação e seguimento automático de polvos, tanto como conjunto de dados de treino mas também como conjunto de validação de verdade absoluta. Além disto, contribuímos também com uma pipeline de processamento e análise de imagens e de vídeos. Esta pipeline é baseada na ferramenta DeepLabCut, desenhada para trabalhar com animais vertebrados em ambientes estruturados. São ainda apresentados neste documento o resultado da análise de vídeos em vários ambientes com a caracterização dos cenários onde se obtêm bons resultados e alertas para as situações onde os resultados são menos satisfatórios. Como trabalho futuro vamos querer aplicar a rede neuronal e a pipeline descrita acima aos peixes que fazem parte do comportamento cooperativo alvo. Com isto pretendemos obter a identificação e o seguimento de todos os envolvidos nesta interação e futuramente através de um outro software fazer a reconstrução 3D do fundo do mar onde é decorrida esta interação. Quando obtivermos ambos vamos sobrepor os movimentos do polvo e dos restantes intervenientes, os peixes, no fundo do mar. Pretendemos futuramente ser capazes de analisar o comportamento cooperativo como um todo e não como comportamentos individuais de cada animal. Pretendemos estudar quem é o leader da cooperação, se há preferência de indivíduos em detrimento de outros. Seria também interessante ser desenvolvido um software que fosse capaz de analisar os movimentos de todos os intervenientes e que tivesse como output final o comportamento de cada um dos intervenientes

Semantic enrichment of knowledge sources supported by domain ontologies

This thesis introduces a novel conceptual framework to support the creation of knowledge representations based on enriched Semantic Vectors, using the classical vector space model approach extended with ontological support. One of the primary research challenges addressed here relates to the process of formalization and representation of document contents, where most existing approaches are limited and only take into account the explicit, word-based information in the document. This research explores how traditional knowledge representations can be enriched through incorporation of implicit information derived from the complex relationships (semantic associations) modelled by domain ontologies with the addition of information presented in documents. The relevant achievements pursued by this thesis are the following: (i) conceptualization of a model that enables the semantic enrichment of knowledge sources supported by domain experts; (ii) development of a method for extending the traditional vector space, using domain ontologies; (iii) development of a method to support ontology learning, based on the discovery of new ontological relations expressed in non-structured information sources; (iv) development of a process to evaluate the semantic enrichment; (v) implementation of a proof-of-concept, named SENSE (Semantic Enrichment kNowledge SourcEs), which enables to validate the ideas established under the scope of this thesis; (vi) publication of several scientific articles and the support to 4 master dissertations carried out by the department of Electrical and Computer Engineering from FCT/UNL. It is worth mentioning that the work developed under the semantic referential covered by this thesis has reused relevant achievements within the scope of research European projects, in order to address approaches which are considered scientifically sound and coherent and avoid “reinventing the wheel”.European research projects - CoSpaces (IST-5-034245), CRESCENDO (FP7-234344) and MobiS (FP7-318452

Probing CHO cells metabolism using metabolomics and fluxomics tools

Chinese hamster ovary (CHO) cells are preferred mammalian hosts for industrial production of therapeutic glycoproteins such as monoclonal antibodies (mAbs), used to treat cancer and immunological disorders. In these cells, the glutamine synthetase (GS) expression system has been widely used for efficient selection of high-yielding clones. However, fundamental knowledge on the metabolic behavior of GS-CHO cells in culture and its impact on product yields have not been yet systematized. The overall objective of this thesis was to comprehensively analyse the metabolome and fluxome of CHO cells exploring how the metabolism is affected by clonal variability and culture conditions. This information is then used to generate hypotheses on how metabolic wiring impacts mAb production.(...)PTDC/BBB-BSS/0518/201

Limits of performance of chirped- pulse phase-sensitive OTDR

Distributed acoustic sensing is an emerging field of research which aims to develop methods capable of using a single optical fiber as a long, dense, and high-sensitivity sensor array. Currently, the most promising implementations measure the interference of Rayleigh backscattered light, obtained by probing the fiber with light from a source of high coherence. These methods are known as Phase-sensitive Optical Time-Domain Reflectometers (φOTDR), and are currently undergoing a period of active research and development, both academically and industrially. One of its variants, known as the Chirped-Pulse φOTDR (CP-φOTDR), was developed in 2016. This technique has proven to be remarkably sensitive to strain and temperature, with an attractively simple implementation. In this thesis, we delve into the intricacies of this technique, probing its fundamental limits and addressing current limitations. We discuss the implications of estimation on the performance statistics, the impact of different noise sources and the origin of cross-talk between independent measured positions. In doing so, we also propose methods to reach the current fundamental limitations, and overcome the upper bound of measurable perturbations. We then demonstrate new potential applications of the technique: in seismology, by exploiting the high spatial density of measurements for array signal processing; in the fast characterization of linear birefringence in standard single-mode fibers; and on the measurement of sound pressure waves, by using a special flat cable structure to embed the fiber under test. Finally, we summarize and comment on the aforementioned achievements, proposing some open lines of research that may originate from these results.Distributed acoustic sensing is an emerging field of research which aims to develop methods capable of using a single optical fiber as a long, dense, and highsensitivity sensor array. Currently, the most promising implementations measure the interference of Rayleigh backscattered light, obtained by probing the fiber with light from a source of high coherence. These methods are known as Phase-sensitive Optical Time-Domain Reflectometers (φOTDR), and are currently undergoing a period of active research and development, both academically and industrially. One of its variants, known as the Chirped- Pulse φOTDR (CP-φOTDR), was developed in 2016. This technique has proven to be remarkably sensitive to strain and temperature, with an attractively simple implementation. In this thesis, we delve into the intricacies of this technique, probing its fundamental limits and addressing current limitations. We discuss the implications of estimation on the performance statistics, the impact of different noise sources and the origin of cross-talk between independent measured positions. In doing so, we also propose methods to reach the current fundamental limitations, and overcome the upper bound of measurable perturbations. We then demonstrate new potential applications of the technique: in seismology, by exploiting the high spatial density of measurements for array signal processing; in the fast characterization of linear birefringence in standard single-mode fibers; and on the measurement of sound pressure waves, by using a special flat cable structure to embed the fiber under test. Finally, we summarize and comment on the aforementioned achievements, proposing some open lines of research that may originate from these results

Pre-eclampsia and future cardiovascular risk factors

Introdução: A pré-eclâmpsia é uma das patologias hipertensivas da gravidez e está associada a complicações maternas que permanecem após a mesma. Esta revisão sistemática teve como objetivo avaliar a associação entre mulheres com pré-eclâmpsia e o desenvolvimento de futuros fatores de risco cardiovascular. Métodos: Foi realizada uma revisão sistemática orientada pelas diretrizes de Revisões Sistemáticas e Meta-Análises PRISMA. A pesquisa inicial dos artigos foi realizada na PubMed, Web of Science e Cochrane Library. Durante a pesquisa, foram selecionados artigos que tinham como exposição a pré-eclâmpsia. Os fatores de risco cardiovascular considerados como outcomes foram hipertensão, dislipidemia, síndrome metabólico e diabetes mellitus. Dos artigos selecionados, foram recolhidas e resumidas informações referentes ao ano de publicação, país/região, tipo de estudo, tempo de seguimento, critérios de inclusão, resultados e conclusões. Foi avaliado o risco de viés destes estudos usando a NIH Study Quality Assessment Tool. Resultados: Nesta revisão sistemática com 13 artigos, obtivemos um total de 2.201 mulheres com pré-eclâmpsia e 8.559 controlos. Os estudos publicados de 2005 a 2020 abrangeram várias regiões geográficas, incluindo Europa, Ásia, Oceania, América do Sul e América do Norte. O tempo de seguimento variou de 6 meses a 25 anos após o parto. Quatro estudos foram de caso-controlo, sete de coorte e dois estudos transversais. Todos os estudos que avaliaram a hipertensão como outcome demonstraram uma relação estatisticamente significativa entre a pré-eclâmpsia e um maior risco de hipertensão no futuro. Dos cinco estudos que avaliaram a síndrome metabólico, quatro deles estabeleceram uma associação estatisticamente significativa entre pré-eclâmpsia e síndrome metabólico. Cinco estudos avaliaram a relação entre pré-eclâmpsia e uma maior prevalência de diabetes mellitus no futuro e em nenhum dos estudos foi encontrada essa relação. Quatro artigos apresentaram dislipidemia como desfecho e apenas um demonstrou relação estatisticamente significativa entre pré-eclâmpsia e risco futuro de dislipidemia. Discussão: Nesta revisão sistemática, incluindo 10.769 mulheres, demonstramos que existe uma associação entre pré-eclâmpsia e fatores de risco cardiovascular futuros. Este estudo apresentou algumas limitações como a restrição dos estudos para língua portuguesa e inglesa. Além disso, houve diferenças em alguns critérios estabelecidos por cada estudo na definição dos outcomes.Introduction: Pre-eclampsia is one of the hypertensive disorders of pregnancy and it is associated with maternal complications that seem to remain after pregnancy. This systematic review aimed to evaluate the association between pre-eclampsia and future cardiovascular risk factors. Methods: We performed a systematic review guided by the Systematic Reviews and Meta-Analyses guidelines. The search was performed on PubMed, Web of Science and Cochrane Library. During the research, we selected articles that had preeclampsia as exposure. The cardiovascular risk factors considered as outcomes were hypertension, dyslipidemia, metabolic syndrome, and diabetes mellitus. From the selected articles, information regarding the year of publication, country/region, type of study, time of follow-up, inclusion criteria, results and conclusions were extracted and summarized. From these studies, the risk of bias was measured using the NIH Study Quality Assessment Tool, NIH quality assessment tool for case-control studies and NIH quality assessment tool for observational cohort and cross-sectional studies. Results: In this systematic review with 13 articles, we obtained a total of 2,201 women with pre-eclampsia and 8,559 controls. The studies published from 2005 to 2020 covered several geographical regions including Europe, Asia, Oceania, South America, and North America. The follow-up time ranges from 6 months to 25 years postpartum. Four were case-control studies, seven cohort studies and two cross sectional studies. All the studies that evaluated hypertension as an outcome demonstrated a statistically significant relationship between preeclampsia and a higher risk of hypertension in the future. From the five studies evaluating metabolic syndrome, four of them established a statistically significant association between pre-eclampsia and metabolic syndrome. Five studies evaluated the relationship between pre-eclampsia and a higher prevalence of diabetes mellitus in the future and in none of the studies were found this relationship. Four articles presenting dyslipidemia as an outcome and only one demonstrated a statistically significant relationship between pre-eclampsia and future risk of dyslipidemia. Discussion: In this systematic review, including 10,769 women, we demonstrated that there is an association between preeclampsia and future cardiovascular risk factors. There were some limitations in this study such as restriction of the studies to those in Portuguese and in English. Also, there were differences in some criteria established by each study when defining outcomes and only seven of the 13 studies adjusted for potential confounding variables

The value relevance of investment property fair value

A Work Project, presented as part of the requirements for the Award of a Masters Degree in Finance from the NOVA – School of Business and EconomicsThis paper examines if the use of the fair value model is value relevant in companies where the investment properties are not their core business. An analysis is also made into whether the disclosed fair value of investment property is perceived by investors. The sample includes Portuguese listed companies subject to the mandatory adoption of IAS/IFRS since 2005. The results achieved indicate that investors price shares differently when companies choose either the cost model or the fair value model. However, results do not show evidence that investors significantly valuate differences between the historical cost and disclosed fair value in the notes for companies adopting the cost model

An update on the physiology of two- and three-toed sloths

Physiological and pharmacological research undertaken on sloths during the past 30 years is comprehensively reviewed. This includes the numerous studies carried out upon the respiratory and cardiovascular systems, anesthesia, blood chemistry, neuromuscular responses, the brain and spinal cord, vision, sleeping and waking, water balance and kidney function and reproduction. Similarities and differences between the physiology of sloths and that of other mammals are discussed in detail

TAP Air Portugal : adaptive strategies due to the pandemic of Covid19

This thesis is going to be presented in the form of a case study. The main goal is to study how TAP Air Portugal adapted its core business in response to the pandemic of Covid19. Furthermore, the case will also explore important topics such as what are adaptive strategies, the concept of competitive advantage and the ability to understand environmental and consumer habits changes. TAP Air Portugal had to make some important and crucial decisions that have had an influence in the way its business works and that will be highlighted in this case. Adding to it, TAP Air Portugal adaptive strategies will be compared to the entire industry. This comparison is crucial to understand the entire market and if the strategies taken by TAP Air Portugal were the more suitable ones. In order to have a deeper knowledge regarding the strategies taken by TAP Air Portugal, an interview has been conducted with the Marketing Manager of the company, Dr. Paula Canada Adding to the case study, there will also be developed some theorical concepts that may come as a hand to better understand the case study. The goal here is to provide the tools and all the necessary material to have complete knowledge of the case. Giving suggestions, personal opinion and any type of explanation will be given as a conclusion, after the elaboration of the case study and the theorical concepts.Esta tese será apresentada na forma de um estudo de caso. O principal objetivo é estudar como a TAP Air Portugal como um todo, conseguiu dar resposta à pandemia de Covid19. Além disso, o caso também irá explorar temas importantes como o que são estratégias adaptativas, o conceito de vantagem competitiva e a capacidade de entender as mudanças de hábitos ambientais e de consumo. A TAP Air Portugal teve de tomar algumas decisões importantes e cruciais que influenciaram na forma como os seus negócios funcionam e que serão destacadas neste caso. Seguidamente, as estratégias adaptativas da TAP Air Portugal serão comparadas com a indústria em si. Esta comparação é crucial para compreender todo o mercado e se as estratégias tomadas pela TAP Air Portugal foram as mais adequadas. Para ter um conhecimento mais profundo sobre as estratégias tomadas pela TAP Air Portugal, foi realizada uma entrevista com a Diretora de Marketing da empresa, Dra. Paula Canada Para além do caso de estudo, também serão desenvolvidos alguns conceitos teóricos que serão úteis para melhor entender o caso. O objetivo aqui é fornecer as ferramentas e todo o material necessário para ter total conhecimento do caso. Sugestões, opinião pessoal e qualquer tipo de explicação serão dadas como conclusão, após a elaboração do caso de estudo e dos conceitos teóricos

HmR : internationalization strategy for a pharmaceutical intelligence market

HmR is dedicated to market research and consulting services in the healthcare area, including the ambulatory and hospital markets, giving privilege to data provided by pharmacies. The company had success and started its internationalization process in 2014 to Spain, Ireland and Germany. As such, hmR wanted to expand the internationalization to other European countries. This study’s objective is to analyse a possible internationalization to Italy by understanding how the Italian Pharmaceutical Intelligence Market is structured, how hmR is positioned to the incumbent companies, and by defining the best strategy and time-to-entry in this country. Through the documents provided by hmR and the interviews made with hmR’s managers it was possible to collect crucial information to conduct the present analysis. Additionally, this analysis was based on several frameworks to comprehend the market in a macro and micro perspective, being possible to conclude that Italy meets all the conditions for hmR to internationalize to this country. Finally, after analysing the internationalization possibilities, it was recommended to hmR to enter in Italy in the following years with a new venture and through adaptation and aggregation to the market.A hmR foi criada em 2009 tendo por objetivo o estudo de mercados e consultoria na área da saúde, nomeadamente nos mercados ambulatório e hospitalar, privilegiando a utilização de dados de farmácias. Com enorme sucesso nos últimos anos, iniciou processo de internacionalização em 2014, estando já instalada na Espanha, Irlanda e Alemanha, querendo alargar a sua atividade para outros países europeus, de entre os quais, a Itália. Através da forma como o mercado de dados farmacêuticos está estruturado e como a hmR se posiciona relativamente às empresas que já operam no mercado, visa este estudo avaliar internacionalização da hmR para Itália, definindo a melhor estratégia e tempo de entrada neste país. Os documentos providenciados pela hmR e as entrevistas realizadas com os seus gestores permitiram obter informação crucial donde parte a análise da internacionalização da empresa. Adicionalmente, atenderam-se a diferentes frameworks para melhor compreender o mercado numa perspetiva micro e macro. De tudo, foi o possível concluir que Itália reúne as condições necessárias para uma internacionalização com sucesso. Depois de analisadas as diferentes possibilidades de internacionalização, recomendou-se que a hmR deveria entrar no mercado Italiano nos próximos anos através de uma subsidiária própria e estabelecendo uma estratégia de agregação e adaptação ao mercado

Technical analysis for profitable trading

This dissertation contributes to the current literature regarding the effectiveness of technical analysis as a trading tool and its usefulness for holding period return predictability. Using exclusively technical analysis patterns as input features, the author shows substantial minute holding period return predictability for the EUR/USD, USD/JPY and GBP/CHF exchange rates, during some periods in the first decade of the 21st century. The implemented investment strategies are based on a rolling window of logistic regression algorithms with an adjusted decision threshold. The models’ observed predictability was capable of being materialized in an intraday technical analysis trading strategy that would’ve produced wealth out-of-sample and after transaction costs. The confidence, predictability and profitability capacity of the models appears to be declining and may no longer exist.Esta dissertação contribui para estudos recentes relativos à eficácia de análise técnica como uma ferramenta de investimento e a sua utilidade na previsão de retornos do período de retenção. Utilizando exclusivamente padrões de análise técnica como variáveis independentes, o autor mostra previsibilidade substancial nos retornos de período de retenção ao minuto, para as taxas de câmbio EUR/USD, USD/JPY e GBP/CHF, durante alguns períodos da primeira década do século XXI. As estratégias de investimento implementadas são baseadas numa janela deslizante, que utiliza algoritmos de regressões logísticas com um limite de decisão ajustado. A previsibilidade de retornos observada pelos modelos foi materializada numa estratégia intradiária que teria produzido riqueza para o investidor, fora de amostra e após custos de transação. A confiança, capacidade de previsão e lucratividade dos modelos aparenta ter vindo a dissipar- -se, podendo já não existir