Deep learning as closure for irreversible processes: A data-driven generalized Langevin equation

The ultimate goal of physics is finding a unique equation capable of describing the evolution of any observable quantity in a self-consistent way. Within the field of statistical physics, such an equation is known as the generalized Langevin equation (GLE). Nevertheless, the formal and exact GLE is not particularly useful, since it depends on the complete history of the observable at hand, and on hidden degrees of freedom typically inaccessible from a theoretical point of view. In this work, we propose the use of deep neural networks as a new avenue for learning the intricacies of the unknowns mentioned above. By using machine learning to eliminate the unknowns from GLEs, our methodology outperforms previous approaches (in terms of efficiency and robustness) where general fitting functions were postulated. Finally, our work is tested against several prototypical examples, from a colloidal systems and particle chains immersed in a thermal bath, to climatology and financial models. In all cases, our methodology exhibits an excellent agreement with the actual dynamics of the observables under consideration

Linking patient data to scientific knowledge to support contextualized mining

Tese de mestrado, Bioinformática e Biologia Computacional, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2022ICU readmissions are a critical problem associated with either serious conditions, ill nesses, or complications, representing a 4 times increase in mortality risk and a financial burden to health institutions. In developed countries 1 in every 10 patients discharged comes back to the ICU. As hospitals become more and more data-oriented with the adop tion of Electronic Health Records (EHR), there as been a rise in the development of com putational approaches to support clinical decision. In recent years new efforts emerged, using machine learning approaches to make ICU readmission predictions directly over EHR data. Despite these growing efforts, machine learning approaches still explore EHR data directly without taking into account its mean ing or context. Medical knowledge is not accessible to these methods, who work blindly over the data, without considering the meaning and relationships the data objects. Ontolo gies and knowledge graphs can help bridge this gap between data and scientific context, since they are computational artefacts that represent the entities in a domain and how the relate to each other in a formalized fashion. This opportunity motivated the aim of this work: to investigate how enriching EHR data with ontology-based semantic annotations and applying machine learning techniques that explore them can impact the prediction of 30-day ICU readmission risk. To achieve this, a number of contributions were developed, including: (1) An enrichment of the MIMIC-III data set with annotations to several biomedical ontologies; (2) A novel ap proach to predict ICU readmission risk that explores knowledge graph embeddings to represent patient data taking into account the semantic annotations; (3) A variant of the predictive approach that targets different moments to support risk prediction throughout the ICU stay. The predictive approaches outperformed both state-of-the-art and a baseline achieving a ROC-AUC of 0.815 (an increase of 0.2 over the state of the art). The positive results achieved motivated the development of an entrepreneurial project, which placed in the Top 5 of the H-INNOVA 2021 entrepreneurship award

Medidas de resultados auto relatadas por doentes renais crónicos: análise de indicadores de experiência da doença crónica

There is often a discrepancy between clinical data, including laboratory tests, and the patients’ experience of being ill. The goal of this work was to search for Key Performance Indicators (KPI) of disease other than the usual numeric data. As research model, we have used Chronic Kidney Disease (CKD). Those indicators should express the experience of living with the disease and be sensible to medical decisions so that they can be targeted for intervention. In chapter 2, a contextualization of CKD is made, presenting an extensive list of the standard indicators that currently drive physicians’ decisions. A general approach to chronic diseases is presented in chapter 3, highlighting models of interventions. Some existing indicators are also covered. The experimental work is presented in chapter 4. Our hypothesis was based on a conceptual model which postulated that a given Patient Reported Outcome Measure (PROM) would be suitable for daily use in the clinical context provided that it would link predictors (demographic variables, comorbidity indices, estimates of Glomerular Filtration Rate – eGFR - and untoward events of the previous year) to Endpoints (death, dialysis, hospitalizations and emergency episodes) with statistically significant relationships and serve as indicator as surrogate of well-being. We conducted an observational study and recruited 60 patients with CKD to whom several questionnaires of PROM were administered: Short Physical Performance Battery (SPPB), World Health Organization Disability Assessment Schedule (WHODAS), Satisfaction With Life Scale (SWLS) and Kidney Disease Quality of Life (KDQoL). Follow-up period was 24 months. Lastly, we wanted to know the relevancy of the endpoints to the patients. For that, they were asked to rank six endpoints according to what they think their physician’s priority should be (avoid death, avoid dialysis, avoid worsening of lab tests, prevent further deterioration of medical condition, avoid hospital admissions and avoid emergency episodes). We conclude that: 1) SPPB could predict death, dialysis and hospital admissions. 2) WHODAS could predict death and dialysis. 3) Physical Functioning domain of KDQoL could predict death and hospital admissions. 4) Role Emotional domain of KDQoL could predict death. 5) Energy/Vitality domain of KDQoL could predict hospital admissions. 6) Role Physical domain of KDQoL could predict dialysis. 7) Mental Health domain of KDQoL could predict hospital admissions and emergency episodes. 8) Pain, Social Function and General Health domains of KDQoL, and SWLS were not useful in predicting any of the proposed endpoints. 9) The Cockcroft-Gault (CG) formula to compute eGFR is the only that could predict mortality. 10) All eGFR formulae predicted beginning of dialysis. 11) Only the CG formula could predict the scores of some PROM scales: SPPB, Physical Function domain of KDQoL and WHODAS. 12) Both the Charlson comorbidity scales (1987 and 2011) are useful for the prediction of studied endpoints: the first predicts death and hospital admissions while the second predicted mortality, dialysis, hospitalizations and emergency episodes. 13) The highest priority of patients is that their physician’s main concern should be to “Avoid death” whereas options “Avoid dialysis” and “Avoid worsening of laboratory tests” came next, in a tie. 14) Patients ranked “Avoid hospitalization” and “Avoid emergency episodes” in the last places, after all the others. Finally, 15) Eight possible schemes were drawn from the analysis of the conceptual model. Four of them have shown to have clinical utility. Longitudinal exploration of these PROM is needed in order to reinforce their clear place at office and bedside and in disease management.Há frequentemente uma discrepância entre os dados clínicos, incluindo análises laboratoriais, e a experiência de se estar doente. O objetivo deste trabalho foi procurar indicadores-chave de desempenho de doença para além dos dados numéricos habituais. Como modelo de investigação, utilizamos a Doença Renal Crónica (DRC). Esses indicadores devem traduzir a experiência de viver com a doença e serem sensíveis às decisões médicas, para que possam ser alvo de intervenção. No capítulo 2, é feita uma contextualização da DRC, apresentando-se uma extensa lista dos indicadores que actualmente orientam as decisões dos médicos. No capítulo 3, faz-se uma abordagem geral das doenças crónicas, destacando modelos de gestão da doença crónica. Alguns indicadores actualmente usados também são referidos. O trabalho experimental é apresentado no capítulo 4. A nossa hipótese baseou-se num modelo conceptual que postulava que uma determinada medida de resultados autorelatados pelos doentes (PROM: Patient Reported Outcome Measures) seria adequada para uso diário em contexto clínico se tivesse uma correlação estatisticamente significativa entre os preditores (variáveis demográficas, índices de comorbilidade, estimativas de Taxa de Filtração Glomerular - TFGe - e eventos adversos do ano anterior) e os resultados (morte, diálise, hospitalizações e idas ao serviço de urgência), servindo assim como indicador de bem-estar. Realizámos um estudo observacional, tendo recrutado 60 doentes renais crónicos que responderam a vários questionários de PROM: “Short Physical Performance Battery” (SPPB), “World Health Organization Disability Assessment Schedule” (WHODAS), “Satisfaction With Life Scale” (SWLS) e “Kidney Disease Quality of Life” (KDQoL). O período de acompanhamento foi de 24 meses. Finalmente, estudámos a relevância dos resultados para os doentes. Para isso, foi-lhes pedido que classificassem seis desfechos, de acordo com o que acham que deveria ser a prioridade do seu médico (“evitar a morte”, “evitar a diálise”, “evitar o agravamento dos exames laboratoriais”, “evitar a deterioração do seu estado geral”, “evitar internamentos hospitalares” e “evitar idas ao serviço de urgência”). Os resultados permitiram concluir que: 1) O SPPB previu morte, diálise e hospitalizações. 2) O WHODAS previu morte e diálise. 3) O domínio Função Física do KDQoL previu morte e hospitalizações. 4) O domínio Saúde Mental do KDQoL previu morte. 5) O domínio Energia/vitalidade do KDQoL previu hospitalizações. 6) O domínio físico do KDQoL previu diálise. 7) Domínio de Saúde Mental do KDQoL previu hospitalizações e idas ao serviço de urgência. 8) Os domínios Dor, Função Social e Saúde Geral do KDQoL, bem como o SWLS não foram úteis na previsão de nenhum dos resultados propostos. 9) A fórmula de Cockcroft-Gault (CG) para calcular a TFGe é a única que previu a morte. 10) Todas as fórmulas de cálculo da TFGe previram o início da diálise. 11) Apenas a fórmula de CG pôde prever a pontuação de algumas escalas do PROM: SPPB, domínio da Função Física do KDQoL e WHODAS. 12) Ambas as escalas de comorbilidade de Charlson (de 1987 e 2011) são úteis para a predição dos resultados estudados: a primeira prevê mortes e internamentos hospitalares, enquanto a segunda prediz morte, diálise, hospitalizações e idas ao serviço de urgência. 13) A principal prioridade dos doentes é que a principal preocupação do seu médico seja “evitar a morte”, enquanto as opções “evitar diálise” e “evitar o agravamento dos exames laboratoriais” vêm a seguir, empatadas. 14) Os doentes classificaram as opções “evitar hospitalização” e “evitar episódios de urgência” nos últimos lugares, depois de todas as demais. Finalmente, 15) O modelo conceptual proposto permitiu identificar oito possibilidades diferentes de relação entre preditores, PROM e resultados. Quatro deles mostraram ter utilidade clínica. São necessários estudos longitudinais com PROM para reforçar o seu papel no consultório e na enfermaria, e também na gestão da doença.Programa Doutoral em Ciências e Tecnologias da Saúd

Buddy - caixa de ritmos expandida

Este projeto, baptizado com o nome Buddy, trata da construção de uma caixa de ritmos robótica, inspirada e baseada no modelo convencional da caixa de ritmos digital. Concretamente, foi concebida uma bateria musical robótica pela implementação de um sistema de solenóides controlados em tempo real por interfaces MIDI. O robot permite desenvolver o mesmo tipo de trabalho que as caixas de ritmos convencionais possibilitam (e.g. interpretar padrões rítmicos pré-compostos), favorecendo contudo uma experiência sonora acústica e, por conseguinte, uma experiência musical e sonora mais estimulante. Além da abordagem convencional que esta bateria robótica possibilita (e.g. tocar padrões rítmicos), este projecto prevê outras abordagens que possibilitam uma exploração artística e musical mais abrangente, por exemplo, pela implementação de ideias que promovam a interactividade (e.g. controlo da performance do robot pela análise áudio da performance do músico, controlo do robot via internet). O desenvolvimento deste projecto teve como base a plataforma open-source Arduino e foi publicado e documentado online com acesso ao código fonte e aos esquemas electrónicos, permitindo assim que artistas e educadores sem formação em engenharia electrotécnica possam construir robots semelhantes para usar em contextos artísticos ou pedagógicos.This project, named Buddy, deals with the construction of a robotic rhythm box, inspired and based on a conventional model of a digital rhythm box. More specifically, a robotic musical drum set was conceived through the implementation of a real-time automatic system of solenoids controlled via MIDI interfaces. The robot allows the development of the same type of approach that traditional rhythm machines enable (e.g. to interpret pre-composed rhythm patterns), favouring, however, an acoustic sonic experience, and therefore, a more stimulating sound and musical experience. Besides the conventional approach that this robotic drums allows (e.g. to play rhythm patterns), this project foresees other approaches that can enable a wider artistic and musical exploration, for example, by implementing ideas that promote interactivity (e.g. robot performance controled by audio analysis of the musician’s performance, internet robot control). The development of this project was based on the Arduino open-source platform, and it was published and documented online with access to the source code and to the electronic schemes, allowing artists and educators without a formal education in electric and electronics engineering, to be able to build similar robots to use in artistic or pedagogical contexts

Impacto da dor causado por doenças podais sobre a atividade e produção de vacas leiteiras

Dissertação de Mestrado Integrado em Medicina VeterináriaAs doenças e lesões podais são comuns em explorações leiteiras intensivas. A claudicação resultante destas é uma expressão de dor e de desconforto tendo inúmeros impactos negativos ao nível do bem-estar, produtividade e interação social. Tradicionalmente, a claudicação é detetada pela avaliação visual da locomoção apesar da subjetividade e dificuldade por parte dos produtores em avaliar a sua gravidade. A analgesia surge como complemento ao tratamento tradicional à base do corte terapêutico para controlo da dor e modulação da hiperalgesia. A identificação dos casos e o tratamento precoces são essenciais para uma recuperação bem-sucedida, independentemente do tratamento aplicado. O objetivo deste estudo experimental foi procurar avaliar se há correlação positiva entre a administração de um analgésico, após o corte terapêutico e tratamento curativo de doenças e lesões das úngulas, e o aumento do bem-estar e da produtividade, através da medição da atividade diária e da variação na produção leiteira, respetivamente. Após seleção de animais dentro dos critérios do estudo, estes foram divididos por dois grupos: grupo controlo (n = 23), administração subcutânea de 20 ml de soro fisiológico a 0,9%; e grupo tratamento (n = 20), administração subcutânea de 20 ml de medicamento com carprofeno, após o corte terapêutico e respetivo tratamento curativo. No terceiro dia após o tratamento curativo e analgésico, com auxílio do software da exploração, foram recolhidos os dados referentes à atividade diária e à produção leiteira diária dos 3 dias anteriores e posteriores ao tratamento curativo e analgésico. Uma análise da variância foi efetuada para a relação entre os dois grupos em estudo, assumindo um intervalo de confiança de 95% (p ≤ 0.05). Em relação à atividade diária, a diferença estatística entre os dois grupos foi significativa, obtendo um valor de p = 0.05, que indica efeito do tratamento analgésico sobre o bem-estar animal. No entanto, a variação na produção leiteira não mostrou evidência de haver vantagem da analgesia. Uma terapia multimodal com recurso a AINEs, surge como sugestão para a melhor forma de intervir no tratamento de doenças podais visando o bem-estar animal. Contudo, a prevenção deve continuar a ser a chave para que o impacto da claudicação no bem-estar e produtividade dos animais seja reduzido.ABSTRACT - Impact of pain caused by foot diseases on the activity and production of dairy cows - Foot diseases and injuries are common in cows from intensive dairy farms. Lameness is an expression of pain and discomfort caused by these lesions and has numerous negative impacts on welfare, productivity and social interaction. Traditionally, lameness is detected by visual assessment of locomotion despite subjectivity and difficulty in assessing severity. Analgesia adds the usual treatment by trimming to control pain and reduce hyperalgesia. Early identification and treatment are essential for successful recovery whichever the treatment applied. The aim of this experimental study was to evaluate whether there is a positive correlation between the administration of an analgesic on curative trimming and treatment of foot diseases, with increased welfare and productivity by measuring daily activity and milk production, respectively. After selection of animals within the study criteria, these were randomized into two groups: control group (n = 23), subcutaneous administration of 20 ml of 0.9% saline; and treatment group (n = 20), subcutaneous administration of 20 ml of carprofen drug after curative trimming and appropriate treatment. On the third day after therapeutic and analgesic treatment, with the aid of the farm´s software, data on daily activity and milk production of the 3 days before and 3 days after treatment, were collected. An analysis of variance was performed for the relationship between the two study groups, assuming a confidence interval of 95% (p ≤ 0.05). Regarding daily activity, the statistical difference between the two groups was significant, with a value of p = 0.05, which indicates the effect of analgesic treatment on animal welfare. However, dairy production showed no evidence of the advantages of analgesia. Multimodal therapy using NSAIDs, arise as a suggestion for the best way to intervene in the treatment of lameness aiming for increased animal welfare. However, prevention should remain the key to reduce the impact of lameness on animal welfare and productivity.N/

Ensaio sobre a qualidade da informação na aferição do desempenho

Mestrado em Economia e Políticas PúblicasO presente projeto tem como objetivo a aplicação de um modelo de medição de desempenho, de forma a identificar quais as áreas que apresentam maior défice de desempenho de todo o departamento financeiro do Grupo Fundação AIP. Para desenvolver este projeto foi necessário, incrementar o modelo 360º, relacionar e avaliar a auto-visão e a hétero-visão, verificar na literatura disponível os problemas que as empresas têm com a qualidade da informação. Foram desenvolvidos questionários, de acordo com o método de análise. Esses questionários foram aplicados a todos os indivíduos que fazem parte do departamento financeiro. Os resultados obtidos, demonstram que, de facto, existe uma divergência entre a auto e hétero-visão. Indicam, também que, cada trabalhador, tende a melhor autoavaliar-se a si próprio do que a hétero-avaliar os seus colegas.The purpose of this project is to apply a performance measurement model in order to recognize the areas that present the greatest performance deficit of the whole financial department of the AIP Foundation Group. In order to develop this project, it was necessary to increase the 360º model, to relate and evaluate self-vision and hetero-vision, to verify in the available literature the problems that companies encounter in regard to the quality of information. Questionnaires were developed according to the method of analysis. These questionnaires were applied to all individuals who work in the finance department. The results demonstrate that there indeed exists a difference between self and hetero-vision. They also reveal that each employee tends to better self-assess himself than to hetero evaluate his colleagues.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Controlo de vibrações em engenharia civil

Dissertação para obtencão do Grau de Mestre em Engenharia Civil - Perfil EstruturasA quantidade de estruturas antigas que não cumprem a regulamentação actual associada ao risco sísmico do território nacional, fazem com que exista necessidade de criação de alternativas de reforço, com uma aplicação de tal forma expedita que não necessite de uma intervenção profunda na estrutura. Englobadas nestas estruturas estão uma quantidade significativa de pontes rodoviárias que não cumprem os regulamentos actuais, não garantindo assim um funcionamento adequado em caso de ocorrência de um sismo. As ligas com memória de forma (Shape Memory Alloys - SMA) são um material com características únicas e com inúmeras potencialidades ainda por explorar. Uma das suas possíveis aplicações é como dissipador passivo de energia em pontes, onde se explora o seu ciclo histerético característico que ao contrário duma liga comum, se desenvolve em regime elástico. Isto faz com que o SMA assuma a função de dissipação de energia mantendo no entanto a capacidade de recentragem. Este material é de fácil aplicação, necessitando apenas de abertura de pequenos rasgos longitudinais no tabuleiro e já mostrou ser muito eficaz no controlo do descalçamento de pontes por deslocamentos excessivos, em especial em pontes de multi-tramos simplesmente apoiados. A dissertação tem como objectivo o estudo da viabilidade da aplicação de um sistema de controlo passivo por dissipação de energia à base de SMA, numa ponte existente com deficiências estruturais, e que não cumpre os regulamentos actuais

Ectomycorrhizal fungi inocula optimization to aid the health status of trees in the everchanging environment of cities

info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Use of biochemical methods for Ectomycorrhizal fungi spores inoculum improvement

info:eu-repo/semantics/publishedVersio