Generating networks of genetic processors

[EN] The Networks of Genetic Processors (NGPs) are non-conventional models of computation based on genetic operations over strings, namely mutation and crossover operations as it was established in genetic algorithms. Initially, they have been proposed as acceptor machines which are decision problem solvers. In that case, it has been shown that they are universal computing models equivalent to Turing machines. In this work, we propose NGPs as enumeration devices and we analyze their computational power. First, we define the model and we propose its definition as parallel genetic algorithms. Once the correspondence between the two formalisms has been established, we carry out a study of the generation capacity of the NGPs under the research framework of the theory of formal languages. We investigate the relationships between the number of processors of the model and its generative power. Our results show that the number of processors is important to increase the generative capability of the model up to an upper bound, and that NGPs are universal models of computation if they are formulated as generation devices. This allows us to affirm that parallel genetic algorithms working under certain restrictions can be considered equivalent to Turing machines and, therefore, they are universal models of computation.This research was partially supported by TAILOR, a project funded by EU Horizon 2020 research and innovation programme under GA No 952215.Campos Frances, M.; Sempere Luna, JM. (2022). Generating networks of genetic processors. Genetic Programming and Evolvable Machines. 23(1):133-155. https://doi.org/10.1007/s10710-021-09423-713315523

REDES DE PROCESADORES GENÉTICOS

[EN] In this research, a new model of computing is presented, within the framework of natural computing and computer models inspired by biology: Networks of Genetic Processors (NGP). This new model is based on the one hand, by the family of networks of bio-inspired processors, specifically Networks of Evolutionary Processors (NEP) and Networks of Splicing Processors (NSP), and on the other hand by Genetic Algorithms. We can define the new model as a network of biologically-inspired processors where operations used by processors are crossover and mutation. One of the major interests studying the NGP is the computational power of the operations of crossover and mutation acting together. The NEP is a complete model that uses operations of symbol mutation: insertion, substitution and deletion, the NSP is a complete model that uses splicing operations, but the NEP is no longer a complete model using only substitution operations, as it happens to the NSP if we restrict the context of its splicing rules to the empty context. The study of the new model presented here responds to what happens when we put together in a single model the substitution rules from the NEP (called mutation rules) and the splicing rules with empty context from the NSP (called crossover rules). When we work with networks of biologically-inspired processors there are two basic types of networks, accepting networks and generating networks. These types of networks are mainly used to work at a theoretical level or to solve decision problems. To work on a more practical level such as solving optimization problems, we propose a new type of network, Networks of Genetic processors as Parallel Genetic Algorithms, inspired by the Parallel Genetic Algorithms. In this work we prove the computational completeness of our new model by showing that it is equivalent to the Turing machine. We prove the computational completeness of Parallel Genetic Algorithms by using this result and the similarity between the NGP and Parallel Genetic Algorithms. Moreover, we propose a characterization of the Chomsky hierarchy by using the NGP. Here, we simulate every grammar in the language classes of the Chomsky's hierarchy by using a NGP with an small number of processors required for each simulation. Hence, it gives an appreciable idea of the descriptional complexity of the different families of languages. Finally, in this work there is an experimental study of the behavior of the model for the resolution of some practical problems. First, we design and implement a simulator that allows the execution of networks of Genetic Processors in any of its three defined types: accepting networks, generating networks or as Parallel Genetic Algorithms. This allows us to test the model with different optimization problems. Then, we make a study to see if the new model could solve NP problems in polynomial time. We use the decision problem of Hamiltonian cycle in a graph. Finally, we test the simulator with two optimization problems showing a good computational behavior. The problems are the Multidimensional Knapsack problem and the Traveling Salesman problem.[ES] Desde la rama de la biocomputación, la computación con modelos inspirados en la biología, esta investigación presenta un nuevo modelo de computación: las Redes de Procesadores Genéticos (NGP). Este nuevo modelo parte, por un lado, de la familia de modelos de redes de procesadores, más concretamente de las Redes de Procesadores Evolutivos (NEP) y las Redes de Procesadores de Splicing (NSP), y por otra parte se inspira en los Algoritmos Genéticos. Así pues, se puede definir de manera informal el nuevo modelo como una red de procesadores bioinspirados donde las operaciones utilizadas por los procesadores son operaciones de cruce y mutación. Uno de los mayores intereses del estudio de las NGP es la capacidad conjunta de las operaciones de cruce y mutación, las NEP son un modelo completo que utiliza operaciones de evolución, es decir, inserción, substitución y borrado, las NSP son un modelo completo que utiliza operaciones de splicing, pero las NEP dejan de ser un modelo completo al usar sólo operaciones de substitución, al igual que le pasa a las NSP si restringimos el contexto de sus reglas de splicing a vacío. El estudio del nuevo modelo aquí presentado da respuesta a qué es lo que pasa cuando juntamos en un sólo modelo las operaciones de sustitución de las NEP (llamadas reglas de mutación) y las operaciones de splicing con contexto vacío de las NSP (llamadas reglas de cruce). Cuando se trabaja con redes de procesadores bioinspirados se definen principalmente dos tipos de redes, las redes aceptoras y las redes generadoras. Estos tipos de redes sirven principalmente para trabajar a un nivel teórico o para resolver problemas de decisión. Para trabajar a un nivel más práctico como por ejemplo con problemas de optimización, se propone un nuevo tipo de red, las Redes de Procesadores Genéticos como Algoritmos Genéticos Paralelos, llamadas así por inspirarse en los Algoritmos Genéticos Paralelos. A nivel teórico, se ha podido demostrar la completitud computacional del modelo, con lo que su potencia de computación se sitúa al mismo nivel que el de las maquinas de Turing. A raíz de este resultado y dada la gran similitud entre las NGP y los Algoritmos Genéticos Paralelos, en este trabajo se demuestra que éstos también son un modelo de computación completo. Por otra parte se ha podido realizar una caracterización de la jerarquía de Chomsky utilizando las NGP, para ello se simula cada una de las gramáticas que definen las cuatro familias de lenguajes de dicha jerarquía observando el mínimo número de procesadores necesarios para cada simulación, lo cual da una idea apreciable de la diferencia de complejidad entre las diferentes familias. No falta en este trabajo un estudio de la parte más práctica del modelo con la realización de algunas tareas. Primero se ha diseñado e implementado un simulador que permite la ejecución de Redes de Procesadores Genéticos en cualquiera de sus tres vertientes aquí definidas, como aceptoras, como generadoras o como Algoritmos Genéticos Paralelos, esto permite realizar pruebas con diferentes problemas de optimización. A continuación se ha realizado un estudio para ver si el nuevo modelo era capaz de resolver problemas NP en tiempo polinómico, para ello se ha trabajado con el problema de ver si existe algún ciclo Hamiltoniano en un grafo. Finalmente se ha probado el simulador con dos problemas de optimización en los que se ha detectado un buen comportamiento del mismo, los problemas utilizados han sido el problema de la mochila multidimensional y el problema del viajante de comercio.[CA] Des de la branca de la biocomputació (la computació amb models inspirats amb la biologia) aquesta investigació presenta un nou model de computació: Les Xarxes de Processadors Genètics (NGP). Aquest nou model ve, d'una banda, de la família de models de xarxes de processadors, més concretament de les Xarxes de Processadors Evolutius (NEP) i de les Xarxes de Processadors de Splicing (NSP) i d'altra banda s'inspira als Algoritmes Genètics. Així doncs, es pot definir d'una manera informal el nou model com una xarxa de processadors bioinspirats on les operacions utilitzades per els processadors són operacions de creuament i mutació. Un dels elements més interessants de l'estudi de les NGP és la capacitat conjunta de les operacions de creuament i mutació, les NEP són un model complet que utilitza operacions evolutives, és a dir, insercions, substitucions i esborrats, les NSP són un model complet que utilitza operacions de splicing, però les NEP deixen de ser un model complet al gastar sols operacions de substitució, al igual que li passa a les NSP si restringim el context de les seues regles de splicing a buit. L'estudi del nou model presentat ací dóna resposta a què és el que passa quan ajuntem a un sol model les operacions de substitució de les NEP (anomenades regles de mutació) i les operacions de splicing amb context buit de les NSP (anomenades regles de creuament). Quan es treballa amb xarxes de processadors bioinspirats es defineixen principalment dos tipus de xarxes, les xarxes aceptores i les xarxes generadores. Aquests tipus de xarxes s'utilitzen principalment per a treballar a nivell teòric o per a resoldre problemes de decisió. Per treballar a un nivell més pràctic, com per exemple amb problemes d'optimització, es proposa un nou tipus de xarxa, les Xarxes de Processadors Genètics com Algoritmes Genètics Paral·lels, anomenats així per estar inspirats en els Algoritmes Genètics Paral·lels. A nivell teòric, s'ha pogut demostrar la completitut computacional del model, amb el que la seua potència computacional es situa al mateix nivell que les màquines de Turing. Degut a aquest resultat i donada la gran similitud entre les NGP i els Algoritmes genètics Paral·lels, en aquest treball es demostra que aquestos també són un model computacional complet. D'altra banda, s'ha pogut realitzar una caracterització de la jerarquia de Chomsky utilitzant les NGP, aquest procés es realitza simulant cada una de les gramàtiques que defineixen les quatre famílies de llenguatges d'aquesta jerarquia observant el mínim nombre de processadors necessaris per a cada simulació, el que ens dóna una idea apreciable de la diferència de complexitat entre les diferents famílies. No falta a aquest treball un estudi de la part més pràctica del model com la realització d'algunes tasques. Primer s'ha dissenyat i implementat un simulador que permet l'execució de Xarxes de Processadors Genètics a qualsevol de les seues tres varietats ací definides, com aceptores, com a generadores o com a Algoritmes Genètics Paral·lels, amb el que podem realitzar proves amb diferents problemes d'optimització. A continuació s'ha realitzat un estudi per vore si el nou model era capaç de resoldre problemes NP en un temps polinòmic, estudi que hem realitzat utilitzant el problema de saber si existeix algun cicle Hamiltonià en un graf. Finalment s'ha provat el simulador amb dos problemes d'optimització als que s'ha comprovat que té un bon comportament, els problemes utilitzats són el problema de la motxilla multidimensional i el problema del viatjant de comerç.Campos Frances, M. (2016). REDES DE PROCESADORES GENÉTICOS [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/61452TESI

Efecto quimioprotector del extracto etanólico de la corteza de Tabebuia impetiginosa (Mart. ex DC.) Standley “guayacán” con inducción de cáncer de próstata en ratas

Evalúa el efecto quimioprotector del extracto etanólico de la corteza de Tabebuia impetiginosa (Mart ex Dc.) Standley “guayacán” en cáncer de próstata inducido en ratas. El trabajo experimental se realizó en el Laboratorio de Farmacología, Bioterio "San Fernando" de la Facultad de Medicina Humana, UNMSM. Se utilizaron 30 ratas, distribuidas en 5 grupos de 6 unidades. Grupo I: se administró solución fisiológica al 0,9 %; grupo II: NMU + testosterona. Los grupos III, IV y V recibieron el NMU + extracto etanólico resuspendido en dosis de 50, 250 y 500 mg/kg; respectivamente. Se aplicó 0,2 mL de NMU como inductor del cáncer por una sola vez. Luego se administró testosterona más el extracto a las ratas de los grupos III, IV y V durante cuarenta semanas. Al finalizar se extrajo sangre mediante punción cardiaca a todos los grupos para los exámenes auxiliares de hemograma, perfil hepático, lipídico y renal, antígeno prostático, proteína C reactiva, SOD y glucosa y las observaciones macroscópicas e histológicos de las próstatas. El análisis se hizo por el método cromatografía líquida acoplada a espectrometría de masas, se identificó compuestos orgánicos como catalpol (6-0-(4- Hydroxybenzoil), aucubigenina, oleanólico ácido. Tabebuia impetiginosa reduce la PCR hasta 78 % (p<0,0062) asimismo, el PSA 33%. (<0,0062). Apreciándose un efecto quimioprotector con el extracto al inducir hasta hiperplasia con hipoplasia moderada. Concluye que se ha identificado compuestos químicos: catalpol, aucubina, impetiginósido A y ácido oleanólico, y se demuestra el efecto quimioprotector del cáncer de próstata inducido en ratas

Efecto antiinflamatorio y diurético del extracto etanólico de las cortezas de Tabebuia impetiginosa (Mart. Ex DC) Standley “guayacán” en ratas con inducción de inflamación aguda

Publicación a texto completo no autorizada por el autorEvalúa el efecto antiinflamatorio y diurético del extracto etanólico, de la corteza de Tabebuia impetiginosa (Mart. Ex DC) Standley “Guayacán”, en un modelo in vivo de ratas. Se utilizan 72 ratas, divididos aleatoriamente en 12 grupos. Se prepara el extracto a diferentes a dosis de 50, 250 y 500 mg/Kg; ibuprofeno 20 mg/Kg; dexametazona 20 mg/Kg; furosemida de 20 mg/kg; hidroclorotiazida 20mg/kg. Se administran los extractos por vía oral. Se provoca inflamación a media hora, de administrar soluciones extractos. Inyectando 0,2 mL solución acuosa de λ-Carragenina al 1% en patas derecha de ratas. Siguiendo el modelo Arroyo et al, 2012. Grupo I: suero fisiológico al 0,9% (2mL/kg), grupo II: hidroclorotiazida (20mg/kg), grupo III: furosemida (20 mg/kg), los grupos IV, V, y VI: extracto etanólico de Tabebuia impetiginosa a dosis de 50, 250, 500 mg/kg, respectivamente. Las ratas son colocadas en jaulas metabólicas individuales para recolectar la orina (24h) y cuantificar electrolitos excretados (Na+, K+ y Cl-).Tesi

A base industrial de defesa brasileira e o papel das relações bilaterais com Israel: desenvolvimento tecnológico autônomo ou dependente?

The revitalizing process of the Brazilian Defense Industrial Base (DIB) is a recent phenomenon that began under the Lula government and currently presents several challenges. It’s a process that requires large investments of government, the participative role of the Ministry of Defense, the Brazilian Armed Forces, and broad participation of the private sector, in order to the results consolidate in long-term. In this final paper, it’s understood that the Defense Industrial Base is a key pillar for Brazil’s security, in such way that it has to be responsible for supplying most of the demands of the Armed Forces, so they can carry out their operational activities that converge to the main objective of ensuring national security and defense. For this purpose, it is necessary that the DIB produces in large-scale, possess technological edge and must be able to innovate through technology products, mainly national, in order to reduce materials, commercial and strategic vulnerabilities. In this process, bilateral relations with some countries become strategic to reduce some embezzlement present in DIB, especially regarding technological edge. For this sector, the relations with countries such as Israel can bring major advances to the national DIB, especially regarding to the possibility of access of strategic materials technologies such as unmanned aerial vehicles (UAVs). However, as is well established in the National Defense Strategy (END), the Brazilian DIB main objective is to be able to absorb such knowledge and be able to reproduce it in a more autonomous way, reproducing own national models of these equipments. In this work, it will be analyzed whether the relations between Brazil and Israel, concomitantly the relations between the companies from both countries, contribute to the autonomous development of the DIB, especially the UAVs sector, or if this relation makes Brazil dependent of Israel, which does not contribute to the DIB’s autonomous development.NenhumaO processo de revitalização da Base Industrial de Defesa (BID) brasileira é um fenômeno recente, que teve início no governo Lula e atualmente apresenta vários desafios. É um processo que requer vastos investimentos do governo, da atuação do Ministério da Defesa, das Forças Armadas Brasileiras, e de ampla participação da iniciativa privada para que seus resultados se consolidem a longo-prazo. Neste trabalho entende-se que a BID é um pilar fundamental para a segurança do Brasil, pois esta seria responsável por suprir a maior parte das demandas das Forças Armadas para que estas possam realizar suas atividades operacionais que convergem para o objetivo principal de garantir a defesa e segurança do país. Para isso, é necessário que a BID produza em larga-escala, possua diferencial tecnológico e seja capaz de inovar, por meio de produtos de tecnologia majoritariamente nacional, afim de reduzir vulnerabilidades materiais, comerciais e estratégicas. Neste processo, relações bilaterais com alguns países se tornam estratégicas para reduzir alguns desfalques presentes na BID, principalmente no que diz respeito ao diferencial tecnológico. Para este setor, se relacionar com países como Israel poderá trazer grandes avanços para a BID nacional, principalmente no que tange a possibilidade de acesso à tecnologias de materiais estratégicos, como veículos aéreos não-tripulados (VANTs). Porém, como está definido na Estratégia Nacional de Defesa (END), o objetivo principal é que a BID brasileira seja capaz de absorver tal conhecimento e seja capaz de reproduzi-lo de maneira mais autônoma possível, reproduzindo modelos nacionais próprios destes equipamentos. Cabe neste trabalho analisar se as relações entre Brasil e Israel, concomitantemente as relações entre as empresas de ambos os países, contribuem para o desenvolvimento autônomo da BID, dando ênfase no setor de VANTs, ou se esta relação torna o Brasil dependente de Israel, o que nada contribui para o desenvolvimento autônomo da BID

A Model of Antibiotic Resistance Evolution Dynamics Through P Systems with Active Membranes and Communication Rules

Baquero, F.; Campos Frances, M.; Llorens, C.; Sempere Luna, JM. (2018). A Model of Antibiotic Resistance Evolution Dynamics Through P Systems with Active Membranes and Communication Rules. Lecture Notes in Computer Science. 11270:33-44. https://doi.org/10.1007/978-3-030-00265-7_3S334411270Barbacari, N., Profir, A., Zelinschi, C.: Gene regulatory network modeling by means of membrane computing. In: Proceedings of the 7th International Workshop on Membrane Computing WMC 2006. LNCS, vol. 4361, pp. 162–178 (2006)Besozzi, D., Cazzaniga, P., Cocolo, S., Mauri, G., Pescini, D.: Modeling diffusion in a signal transduction pathway: the use of virtual volumes in P systems. Int. J. Found. Comput. Sci. 22(1), 89–96 (2011)Campos, M.: A membrane computing simulator of trans-hierarchical antibiotic resistance evolution dynamics in nested ecological compartments (ARES). Biol. Direct 10(1), 41 (2015)Ciobanu, G., Păun, Gh., Pérez-Jiménez, M.J.: Applications of Membrane Computing. Springer, Heidelberg (2006). https://doi.org/10.1007/3-540-29937-8Colomer, M.A., Margalida, A., Sanuy, D., Pérez-Jiménez, M.J.: A bio-inspired model as a new tool for modeling ecosystems: the avian scavengeras a case study. Ecol. Model. 222(1), 33–47 (2011)Colomer, M.A., Martínez-del-Amor, M.A., Pérez-Hurtado, I., Pérez-Jiménez, M.J., Riscos-Núñez, A.: A uniform framework for modeling based on P systems. In: Li, K., Nagar, A.K., Thamburaj, R. (eds.) IEEE Fifth International Conference on Bio-Inspired Computing: Theories and Applications (BIC-TA 2010), vol. 1, pp. 616–621 (2010)Dassow, J., Păun, Gh.: On the power of membrane computing. TUCS Technical Report No. 217 (1998)Frisco, P., Gheorghe, M., Pérez-Jiménez, M.J. (eds.): Applications of Membrane Computing in Systems and Synthetic Biology. ECC, vol. 7. Springer, Cham (2014). https://doi.org/10.1007/978-3-319-03191-0Păun, Gh.: Computing with membranes. J. Comput. Syst. Sci. 61(1), 108–143 (2000)Păun, Gh.: Membrane Computing: An Introduction. Springer, Heidelberg (2002). https://doi.org/10.1007/978-3-642-56196-2Păun, Gh., Rozenberg, G., Salomaa, A. (eds.): The Oxford Handbook of Membrane Computing. Oxford University Press, Oxford (2010)World Health Organization: Antimicrobial Resistance: Global Report on Surveillance (2014

Abordagem biográfica: a dimensão da vida presente nos enunciados de pesquisa em educação

O presente artigo desenvolve reflexões sobre aspectos teórico-metodológicos da abordagem biográfica na educação, apresentando o delineamento metodológico elaborado para uma pesquisa narrativa no campo da formação continuada, que se desenvolve no contexto da educação infantil. O intuito deste estudo é refletir acerca dos enunciados que evidenciam os modos como os sujeitos atribuem sentidos à articulação entre vida e formação, em suas narrativas, identificando as marcas da dimensão biográfica imbricadas à dimensão formativa. Como resultados, evidencia-se explicitamente a articulação entre o eu pessoal e o profissional, reivindicando oportunidades para o diálogo sobre a formação continuada e a sua atuação docente

Simulating the efficacy of vaccines on the epidemiological dynamics of SARS-CoV-2 in a membrane computing model

This is a pre-copyedited, author-produced version of an article accepted for publication in [insert journal title] following peer review. The version of record [insert complete citation information here] is available online at: xxxxxxx [insert URL and DOI of the article on the OUP website].[EN] Membrane computing is a natural computing procedure inspired in the compartmental structure of living cells. This approach allows mimicking the complex structure of biological processes, and, when applied to transmissible diseases, can simulate a virtual `epidemic¿ based on interactions between elements within the computational model according to established conditions. General and focused vaccination strategies for controlling SARS-Cov-2 epidemics have been simulated for 2.3 years fromthe emergence of the epidemic in a hypothetical town of 10320 inhabitants in a country with mean European demographics where COVID-19 is imported. The age and immunological-response groups of the hosts and their lifestyles were minutely examined. The duration of natural, acquired immunity influenced the results; the shorter the duration, the more endemic the process, resulting in higher mortality, particularly among elderly individuals. During epidemic valleys between waves, the proportion of infected patients belonging to symptomatic groups (mostly elderly) increased in the total population, a population that largely benefits from standard double vaccination, particularly with boosters. There was no clear difference when comparing booster shots provided at 4 or 6 months after standard doubledose vaccination. Vaccines even of moderate efficacy (short-term protection) were effective in decreasing the number of symptomatic cases. Generalized vaccination of the entire population (all ages) added little benefit to overall mortality rates, and this situation also applied for generalized lockdowns. Elderly-only vaccination and lockdowns, even without general interventions directed to reduce population transmission, is sufficient for dramatically reducing mortality.This work was partially fund by the Fundación del Conocimiento Madri+d from the Madrid' Autonomous Community through a research contract (AVATAR-EPAMEC) within the Health Start Plus Program, promoted by the Carlos III Health Research Institute (ITEMAS), Ministry of Science, Innovation and Universities of Spain.Campos Frances, M.; Sempere Luna, JM.; Galán, JC.; Moya, A.; Cantón, R.; Llorens, C.; Baquero, F. (2022). Simulating the efficacy of vaccines on the epidemiological dynamics of SARS-CoV-2 in a membrane computing model. microLife. 3:1-13. https://doi.org/10.1093/femsml/uqac018113