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DiT-MAE: Masked Autoencoder Transformer Model for Discrete Data Imputation for Educational Psychometric Questionnaires
Get PDFModelos de Teoria de Resposta ao Item (TRI) são bastante difundidos e aplicados em avaliações psicométricas para estimar comportamentos, habilidades, proficiências, aprendizado e distúrbios. Essa metodologia permite estimar traços latentes de indivíduos a partir das respostas a itens de um questionário ou prova. Recentemente, modelos da TRI foram incorporados em redes neurais profundas não supervisionadas, da família dos autoencoders, buscando maior flexibilidade e escalabilidade para análise de dados educacionais ou psicológicos de maior dimensão e complexidade. Os modelos do tipo autoencoders são caracterizados por duas redes neurais: uma de codificação que comprime os dados (encoder) e uma de decodificação que tenta reconstruir os dados originais (decoder). As atuais propostas incorporam um modelo de TRI no decoder, tornando essa parte da rede interpretável e capaz de estimar uma maior dimensão de habilidades e complexidade dos dados. No entanto, a grande limitação dessa metodologia é a incapacidade de lidar com a ausência de respostas para um ou mais itens do questionário ou prova. Dados faltantes são bastante comuns nas avaliações educacionais, seja por limitação de tempo de prova, ignorância do conteúdo avaliado no item ou, até mesmo, por planejamento de aplicação da prova de avaliação educacional. Os métodos de estimação usuais na TRI são capazes de lidar com dados faltantes e já foram muito investigados na literatura. Porém, no contexto das novas implementações com autoencoders, estes estudos são escassos, não tão eficazes e podem aumentar o nível de complexidade computacional demasiadamente. Esta pesquisa de trabalho implementou uma arquitetura de rede neural, utilizando modelos Transformers com mecanismos de self-attention, para imputar dados faltantes de avaliações educacionais e melhorar a qualidade das estimativas dos parâmetros do modelo de TRI e interpretabilidade dos resultados. Foram realizadas simulações para comparar com métodos tradicionalmente empregados na literatura. O novo método demonstrou desempenho melhor na redução da complexidade, tempo de execução e na estimativa de parâmetros da TRI para grandes conjuntos de dados e altas dimensões. Uma aplicação real também foi realizada com os dados do PISA. Palavras-chave: Dados Faltantes, Teoria de Resposta ao Item, Modelo Transformer, Redes Neurais, Variational Autoencoder.Item Response Theory (IRT) models are widely used and applied in psychometric assessments to estimate behaviors, skills, proficiencies, learning, and disorders. This methodology allows for the estimation of latent traits of individuals based on responses to items in a questionnaire or test. Recently, IRT models have been incorporated into unsupervised deep neural networks, from the autoencoder family, seeking greater flexibility and scalability to analyze larger and more complex educational or psychological data. Autoencoder models are characterized by two neural networks: an encoding network that compresses the data (encoder) and a decoding network that attempts to reconstruct the original data (decoder). Current proposals incorporate an IRT model into the decoder, making this part of the network interpretable and capable of estimating a larger dimension of skills and data complexity. However, the major limitation of this methodology is the inability to deal with the absence of responses to one or more items in the questionnaire or test. Missing data are quite common in educational assessments, whether due to time constraints, ignorance of the content assessed in the item, or even due to the planning of the educational assessment test application. The usual study methods in IRT are capable of dealing with missing data and have already been extensively investigated in the literature. However, in the context of new implementations with autoencoders, these studies are scarce, not so practical, and can significantly increase the computational complexity. This research work implemented a neural network architecture, using transformer models with self-attention mechanisms, to impute missing data from educational assessments and improve the quality of the estimates of the parameters of the IRT model and the interpretability of the results. Simulations were performed to compare with traditional methods used in the literature. The new method demonstrated better performance in reducing the complexity, execution time, and parameter estimation of TRIM for large data sets and high dimensions. A real application was also performed with PISA data. Keywords: Item Response Theory, Missing Data, Neural Networks, Transformer Model, Varia- tional Autoencoder.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - (CAPES
Modulação do metabolismo do hospedeiro e da microbiota mediante kombucha de chá verde: resultados de um ensaio clínico randomizado em indivíduos com excesso de peso
No full textFermented foods rich in bioactive compounds have been suggested as adjuvants in the treatment and prevention of excess body weight; however, little is known about their real impact on human health. Among them is kombucha, which is obtained by a sugared infusion of Camellia sinensis and fermented by a symbiotic culture of bacteria and yeasts (SCOBY). This research aimed to evaluate the effect of green tea kombucha consumption on anthropometry, inflammation, intestinal health, gut and salivary microbiota, and blood metabolome in individuals with excess body weight. Men and women aged 18-45 years with excess body weight (BMI: 27 kg/m2) were randomized into two groups: healthy energy-restricted diet (-500kcal; control, n=29) or the same diet + green tea kombucha (200 mL/day; n=30) for ten weeks. Evaluations were performed before and at the end of the study to compare the data from these two moments. The assessments performed were quality of life (SF-36), Gastrointestinal Symptom Rating Scale (GSRS), Bristol Stool Scale (BSS), Food Frequency Questionnaire (FFQ), International Physical Activity Questionnaire (IPAQ), anthropometry and body composition (Dual-energy X-ray Absorptiometry). The biological samples collected were: urine for intestinal permeability analysis; stool and saliva for microbiota analysis by 16S rRNA sequencing; untargeted serum metabolomics (LC-TOF-MS); plasma for inflammation markers (flow cytometry) and zonulin and lipopolysaccharide-binding protein (ELISA kits). This project was approved by the National Research Ethics Committee (CAAE: 25880819.3.0000.5153; report number: 6.197.412) and also registered in the Brazilian Registry of Clinical Trials (number: RBR-9832wsx). Chapter 1 presented a systematic review to assess the effect of green tea, the tea chosen for the fermentation, on the intestinal health and gut microbiota. Chapter 2 evaluated the impact of green tea kombucha consumption on anthropometry, body composition, inflammatory markers, and salivary microbiota in individuals with excess body weight. Chapter 3 showed evidence on the impact of green tea consumption on intestinal health, gut microbiota modulation, and metabolomics changes. Chapter 4 systematically reviewed the effects of kombucha consumption on metabolic outcomes and microbiota modulation on human health. Finally, Chapter 5 examines whether the energy-restricted diet rich in minimally processed foods alone affects metabolism and gut microbiota in individuals with excess body weight. This was evaluated through a secondary pre–post analysis combining participants from both groups (kombucha and control). Overall, current evidence suggests that green tea beneficially influences gut microbiota and green tea kombucha emerges as a promising drink in weight loss strategies. This fermented beverage induced positive changes in salivary microbiota composition, optimized gastrointestinal symptoms, and decreased lipid accumulation product. While direct effects on weight loss and body composition were minimal, green tea kombucha attenuated increases in interleukin-6 and promoted metabolites changes associated with anti-obesity, anti-inflammatory, and antioxidant effects. Furthermore, this work could also demonstrate that diets rich in minimally processed, phenolic-containing foods under energy restriction enhanced microbial diversity, reduced pathogenic bacteria, and improved cardiometabolic and metabolomics profiles. In summary, these findings indicate that green tea kombucha and high-quality dietary patterns may support gut and metabolic health, although further well-designed human trials are needed. Keywords: obesity; kombucha tea; plant bioactive compounds; human microbiome; cytokine; metabolites; intestinal mucosa barrier permeabilityAlimentos fermentados ricos em compostos bioativos têm sido sugeridos como adjuvantes no tratamento e na prevenção do excesso de peso corporal, contudo pouco se sabe sobre seu real impacto na saúde humana. Entre eles, destaca-se a kombucha, obtida a partir da infusão açucarada de Camellia sinensis e fermentada por uma cultura simbiótica de bactérias e leveduras (SCOBY). Esta pesquisa teve como objetivo avaliar o efeito do consumo de kombucha de chá verde nos parâmetros antropométricos, inflamação, saúde intestinal, microbiota intestinal e salivar, e metaboloma sanguíneo em indivíduos com excesso de peso corporal. Homens e mulheres com idade entre 18 e 45 anos e excesso de peso corporal (IMC 27 kg/m²) foram randomizados em dois grupos: dieta saudável com restrição energética (500 kcal; controle, n = 29) ou a mesma dieta associada ao consumo de kombucha de chá verde (200 mL/dia; n = 30), durante dez semanas. As avaliações foram realizadas no início e ao final do estudo, permitindo a comparação dos dados entre esses dois momentos. As avaliações incluíram qualidade de vida (SF-36), sintomas gastrointestinais (GSRS), escala de Bristol (BSS), questionário de frequência alimentar (QFA), questionário de atividade física (IPAQ), antropometria e composição corporal (DEXA). As amostras biológicas coletadas foram: urina para análise da permeabilidade intestinal; fezes e saliva para análise da microbiota por sequenciamento 16S rRNA; soro para metabolômica não direcionada (LC-TOF-MS); e plasma para dosagem de marcadores inflamatórios (citometria de fluxo), além de zonulina e proteína ligadora de lipopolissacarídeo (kits ELISA). O projeto foi aprovado pelo Comitê Nacional de Ética em Pesquisa (CAAE: 25880819.3.0000.5153; parecer nº 6.197.412) e registrado no REBEC (RBR- 9832wsx). O Capítulo 1 apresentou uma revisão sistemática que avaliou os efeitos do chá verde, escolhido como substrato para a fermentação, sobre a saúde intestinal e a microbiota intestinal. O Capítulo 2 avaliou o impacto do consumo de kombucha de chá verde sobre parâmetros antropométricos, composição corporal, marcadores inflamatórios e microbiota salivar em indivíduos com excesso de peso corporal. O Capítulo 3 apresentou evidências sobre o impacto do consumo de kombucha de chá verde na saúde intestinal, na modulação da microbiota intestinal e em alterações na metabolômica. O Capítulo 4 revisou sistematicamente os efeitos do consumo de kombucha sobre desfechos metabólicos e a modulação da microbiota na saúde humana. Por fim, o Capítulo 5 examinou se a dieta com restrição energética, rica em alimentos minimamente processados, isoladamente, afetou o metabolismo e a microbiota intestinal em indivíduos com excesso de peso corporal. De modo geral, as evidências atuais sugerem que o chá verde influencia positivamente a microbiota intestinal e que a kombucha de chá verde emerge como uma bebida promissora em estratégias de perda de peso. Essa bebida fermentada induziu mudanças favoráveis na composição da microbiota salivar, otimizou sintomas gastrointestinais e reduziu o produto de acúmulo de lipídios. Embora os efeitos diretos sobre a perda de peso e a composição corporal tenham sido modestos, a kombucha de chá verde atenuou o aumento da interleucina-6 e promoveu alterações em metabólitos associados a efeitos antiobesidade, anti-inflamatórios e antioxidantes. Além disso, este trabalho demonstrou que dietas com restrição energética, ricas em alimentos minimamente processados e contendo compostos fenólicos, aumentaram a diversidade microbiana, reduziram bactérias potencialmente patogênicas e melhoraram perfis cardiometabólicos e metabolômicos. Em síntese, os achados indicam que a kombucha de chá verde e padrões alimentares de alta qualidade podem contribuir para a saúde intestinal e metabólica, embora mais ensaios clínicos bem delineados em humanos ainda sejam necessários. Palavras-chave: obesidade; kombucha; compostos bioativos vegetais; microbioma humano; citocinas; metabólitos; permeabilidade da barreira da mucosa intestinalCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG)Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq
Incorporação de informações de parentesco para avaliar a estabilidade e desempenho de genótipos em ensaios de múltiplos ambientes
No full textGenotype-by-environment interaction (G×E) is a central challenge in plant breeding programs, particularly in countries with high agroclimatic diversity. Traditional methods, such as analysis of variance and the AMMI model, are widely used in multi- environment trials (METs), but they exhibit limitations when dealing with unbalanced data and the modeling of covariances. In this context, mixed models provide a more robust alternative by integrating fixed and random effects, as well as enabling the use of molecular or pedigree-based genetic information, thereby improving prediction accuracy. This thesis proposes an extension of the WAASB method (Weighted Average of Absolute Scores of BLUPs), a stability index based on mixed models originally developed by Olivoto et al. (2019). The proposed extension incorporates a pedigree-based relationship matrix into the model. This addition addresses two key limitations of the original WAASB: the requirement for a complete G×E effect matrix to perform singular value decomposition (SVD), and the inability to estimate the stability of parental inbred lines that were not directly evaluated in METs. Phenotypic data from 160 three-way maize hybrids and seven commercial checks were used, evaluated across eight distinct environments. A pedigree-based relationship matrix was incorporated into a compound symmetry model to estimate G×E effects, from which WAASB values were calculated. A multi-trait selection index was applied to jointly assess performance and stability for grain yield, plant height, and ear height. Additionally, four simulation scenarios were constructed with varying levels of heritability and G×E interaction intensity. These were used to compare the performance of pedigree-based covariance imputation with the commonly used EM- SVD method. The results showed that the proposed approach reliably estimated parental line stability based on progeny performance and consistently outperformed the EM-SVD method. The methodology proved to be efficient and promising for selecting superior hybrids and stable parental lines in maize breeding programs. Keywords: Genotype-by-environment interaction; Mixed models; WAASB; Maize breeding.A interação genótipos por ambientes (G×A) é um desafio central em programas de melhoramento genético, sobretudo em países com grande diversidade agroclimática. Métodos tradicionais, como a análise de variância e o modelo AMMI, são amplamente utilizados em ensaios multiambientes (METs), mas apresentam limitações frente a dados desbalanceados e à modelagem das covariâncias. Nesse contexto, modelos mistos oferecem uma alternativa mais robusta, ao integrar efeitos fixos e aleatórios, além de possibilitar o uso de informações genéticas moleculares ou de pedigree, melhorando as predições. Esta dissertação propõe uma extensão do método WAASB (Média Ponderada dos Escores Absolutos dos BLUPs), um índice de estabilidade baseado em modelos mistos originalmente desenvolvido por Olivoto et al. (2019). A extensão proposta incorpora ao modelo uma matriz de relacionamento baseada em pedigree. Essa adição busca superar duas limitações centrais do WAASB original: a necessidade de uma matriz completa de efeitos G×A para a realização da decomposição em valores singulares (SVD) e a impossibilidade de estimar a estabilidade de linhagens parentais que não foram avaliadas diretamente em METs. Foram utilizados dados fenotípicos de 160 híbridos triplos de milho e sete testemunhas comerciais, avaliados em oito ambientes distintos. Uma matriz de relacionamento baseada em pedigree foi incorporada a um modelo de simetria composta para estimar os efeitos G×A, a partir dos quais os valores de WAASB foram calculados. Um índice de seleção multicaracter foi aplicado para avaliar conjuntamente o desempenho e a estabilidade das características produtividade de grãos, altura de planta e altura de espiga. Adicionalmente, quatro cenários de simulação foram construídos com diferentes níveis de herdabilidade e intensidade de interação G×A. Esses cenários foram utilizados para comparar o desempenho da imputação baseada em covariância genética com o método EM- SVD, amplamente utilizado. Os resultados indicaram que a abordagem proposta estimou com precisão a estabilidade de linhagens parentais com base nas progênies e superou o método EM-SVD em todos os cenários. A metodologia mostrou-se eficiente e promissora para selecionar híbridos superiores e linhagens estáveis em programas de melhoramento de milho. Palavras-chave: Interação genótipos por ambientes; Modelos mistos; WAASB; Melhoramento de milho.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais (Fapemig
Efeitos induzidos pela curvatura na dinâmica de skyrmions em nanotubos dobrados
No full textTraditional storage devices, such as hard disk drives and solid-state drives, face inherent limitations in speed, durability, and energy efficiency. In this context, magnetic skyrmions—topologically stable spin textures that can be manipulated with low energy—have emerged as promising candidates for next-generation memory technologies, such as racetrack memories. However, in planar geometries, the skyrmion Hall effect (SkHE) induces a transverse motion that can drive skyrmions toward device edges, compromising their stability and controllability. In this work, we propose racetrack memories based on bent magnetic nanotubes as an effective strategy to suppress the SkHE through geometric engineering. To this end, we develop a generalized theoretical framework based on an extended Thiele equation that describes current-driven skyrmion dynamics on arbitrarily curved surfaces, incorporating Zhang–Li spin-transfer torque contributions. Our results reveal that, within a certain current regime, the interplay between curvature and current gives rise to an additional curvature-induced contribution that enables the suppression of the SkHE over a broad range of damping and non-adiabaticity parameters. In a different current regime, curvature strongly modifies the skyrmion trajectory, leading to nonlinear dynamical behavior absent in planar systems. These findings establish curvature as a powerful control parameter for tailoring skyrmion transport beyond what is achievable in planar geometries. The proposed approach provides a robust pathway for designing skyrmion-based spintronic devices with enhanced stability and controllability, paving the way toward high-density, energy-efficient magnetic memory and logic technologies. Keywords: nanomagnetism; curvilinear magnetism; magnetic nanotubes; skyrmionsDispositivos de armazenamento tradicionais, como discos rígidos e unidades de estado sólido, enfrentam limitações relacionadas à velocidade, durabilidade e eficiência energética. Nesse contexto, os skyrmions magnéticos, que são texturas de spin estáveis controláveis com baixa energia, surgiram como candidatos promissores para tecnologias de memória de próxima geração, como a memória racetrack. Contudo, o Efeito Hall do skyrmion faz com que eles se movam lateralmente, correndo o risco de serem aniquilados nas bordas do dispositivo. Isso limita sua estabilidade e controlabilidade em dispositivos planos. Neste trabalho, propomos memórias racetrack baseadas em nanotubos magnéticos curvos como uma estratégia eficaz para suprimir o SkHE por meio de engenharia geométrica. Para isso, desenvolvemos um arcabouço teórico generalizado baseado em uma equação de Thiele estendida, que descreve a dinâmica de skyrmions acionados por corrente em superfícies arbitrariamente curvas, incorporando as contribuições do torque de transferência de spin de Zhang–Li. Nossos resultados revelam que, em um determinado regime de corrente, a interação entre curvatura e corrente dá origem a uma contribuição adicional induzida pela curvatura, permitindo a supressão do SkHE em uma ampla faixa de parâmetros de amortecimento e não adiabaticidade. Em um regime de corrente distinto, a curvatura modifica fortemente a trajetória do skyrmion, levando a um comportamento dinâmico não linear ausente em sistemas planares. Esses resultados estabelecem a curvatura como um poderoso parâmetro de controle para ajustar o transporte de skyrmions além do que é possível em geometrias planares. A abordagem proposta fornece um caminho robusto para o projeto de dispositivos spintrônicos baseados em skyrmions com maior estabilidade e controlabilidade, abrindo caminho para o desenvolvimento de tecnologias de memória e lógica magnéticas de alta densidade e baixo consumo de energia. Palavras-chave: nanomagnetismo; magnetismo curvilíneo; nanotubos magnéticos; skyrmionsCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG)Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq
nvestigando a agricultura brasileira com o Sentinel-5P: potencial do TROPOMI para caracterizar o sistema planta-animal-atmosfera
No full textThis study tackles a dual challenge for large-scale tropical agriculture under climate change: maintaining the competitiveness of highly mechanized systems while measuring and mitigating emissions at decision-relevant spatiotemporal scales (from field to national levels). It integrates Sentinel-5P/TROPOMI observations along two complementary axes. Axis 1 processes solar-induced fluorescence (SIF) time series to infer soybean phenology and operational metrics (planting/harvest intensity and synchrony), including daily mechanized-area peaks >100,000 ha day¹ in Central- West hubs. These phenological landmarks are validated across scales (official databases, higher-resolution imagery, agrometeorological indices) and tested for sensitivity to interannual climate variability, revealing stress signals and phenological delays during La Niña in southern Brazil. Axis 2 quantifies agricultural emissions using top-down CH inversions and leverages tropospheric NO anomalies to infer NO patterns over pastures, with implications for indirect NO via deposition. The analyses distinguish pasture conditions (degraded vs. intensified), identify hotspots aligned with production structure (e.g., Center–South livestock corridors), and quantify uncertainties from transport, retrieval errors, and management heterogeneity. Together, the axes form an observational framework linking agricultural logistics (phenology, operational windows, potential productivity) to atmospheric trace-gas accounting, supporting more transparent inventories, targeted mitigation, and adaptive management. Methodological contributions include: (i) operationalizing SIF- based crop phenology at continental scale; (ii) integrating TROPOMI hyperspectral products for sectoral CH and NO diagnostics; and (iii) proposing comparable metrics across regions and seasons for continuous monitoring of climate risk and environmental performance. Keywords: SIF; TROPOMI; soybean phenology; agricultural mechanization; CH; NO; indirect NO; top-down inversions; degraded pastures; climate variability; Brazil.Este estudo enfrenta dois desafios da agricultura tropical em larga escala sob mudança do clima: manter a competitividade de sistemas mecanizados e medir/mitigar emissões em escala útil à decisão (do talhão ao nacional). Para isso, integra dados orbitais do Sentinel-5P/TROPOMI em dois eixos. No Eixo 1, séries de SIF são usadas para inferir a fenologia da soja e métricas operacionais da safra (intensidade e sincronia de plantio/colheita), validadas com bases oficiais, imagens de maior resolução e índices agrometeorológicos, além de avaliar a sensibilidade à variabilidade interanual (ex.: atrasos e sinais de estresse em anos de La Niña no Sul do Brasil). No Eixo 2, o estudo estima emissões por inversões top-down de CH e utiliza anomalias de NO troposférico para inferir padrões de NO em pastagens, discutindo implicações para NO indireto por deposição. As análises distinguem pastagens degradadas e intensificadas, mapeiam hotspots coerentes com a estrutura produtiva e explicitam incertezas (transporte atmosférico, erros de retrieval e heterogeneidade de manejo). Em conjunto, os eixos conectam logística agrícola (fenologia e janelas operacionais) com contabilidade atmosférica de gases-traço, apoiando inventários mais transparentes, mitigação direcionada e manejo adaptativo. Palavras-chave: SIF; TROPOMI; fenologia da soja; mecanização agrícola; CH; NO; NO indireto; inversões “top-down”; pastagens degradadas; variabilidade climática; Brasil.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior – Brasil (CAPES)Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG)Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - (CNPQ
Effects of a recently established pioneer tree species in open rupestrian grasslands
No full textOs campos rupestres são ecossistemas caracterizados por altitudes elevadas, solos ácidos, rasos e com poucos nutrientes e água disponíveis, condições que favorecem o endemismo, pois agem como filtro ecológico, o que molda a flora presente nesse ambiente. Nesse contexto, a chegada de novas espécies de plantas, especialmente arbóreas pioneiras, podem alterar profundamente essas comunidades, mas infelizmente pouca ou nenhuma informação acerca disso está disponível na literatura. Tendo isso em vista, neste estudo, avaliamos se a presença de Cecropia pachystachya, uma espécie pioneira recém-chegada nos ambientes abertos de campos rupestres da Serra do Cipó (MG), altera a biodiversidade de plantas e artrópodes desse ambiente ao longo do tempo. Para isso investigamos se C. pachystachya exerce influência sobre a fertilidade do solo, e por consequência sobre a abundância e riqueza de plantas e artrópodes edáficos. Assim, estabelecemos e acompanhamos 60 parcelas de 1m2 (30 a um metro da copa - sob a copa - e 30 a dez metros da copa - fora da copa de C. pachystachya) por 12 meses. Nessas unidades amostrais, coletamos amostras de solo, coletamos artrópodes por meio de pitfalls e retiramos toda a vegetação presente inicialmente nas parcelas. Finalmente, nos 3, 8 e 12 meses seguintes, acompanhamos a regeneração natural da vegetação nas parcelas por meio da medição da riqueza e abundância de plantas. Assim como esperado, encontramos maior concentração de Ca2+, maior CTC (Capacidade de Troca Catiônica) e saturação por bases nas parcelas localizadas sob a copa do que em parcelas fora da copa. Além disso, as parcelas sob a copa apresentaram maior abundância e riqueza de plantas do que fora da copa. Encontramos também uma maior abundância de artrópodes edáficos fora da copa, mas a riqueza não diferiu entre parcelas. Nossos achados indicam que a melhoria dos parâmetros nutricionais do solo já influenciam na diversidade de plantas sob a copa, o que pode afetar diretamente a flora endêmica desse ambiente que já se encontra sob forte pressão antrópica Palavras-chave: Sucessão ecológica. Processos ecossistêmicos. Solo-planta. Artrópodes. Cecropia.Rupestrian fields are ecosystems characterized by high elevations, acidic and shallow soils, and limited availability of nutrients and water. These conditions promote high levels of endemism because they function as strong ecological filters, shaping the composition and structure of the resident flora. In this context, the establishment of new plant species — particularly pioneer tree species — may profoundly alter these communities; however, little to no information on this process is currently available in the ecological literature. In this study, we evaluated whether the presence of Cecropia pachystachya, a pioneer species recently established in open rupestrian fields areas of the Serra do Cipó (Minas Gerais, Brazil), alters plant and arthropod biodiversity in this ecosystem over time. Specifically, we investigated whether C. pachystachya influences soil fertility and, consequently, the abundance and richness of plants and soil-dwelling (edaphic) arthropods. To this end, we established and monitored 60 plots (1 m² each) for 12 months: 30 plots located one meter from the canopy (under the canopy) and 30 plots located ten meters away (outside the canopy of C. pachystachya). Within each sampling unit, we collected soil samples, sampled arthropods using pitfall traps, and initially removed all standing vegetation. Subsequently, at 3, 8, and 12 months, we assessed natural vegetation regeneration by measuring plant richness and abundance. As expected, we found higher Ca² concentrations, greater cation exchange capacity (CEC), and higher base saturation in plots located under the canopy compared to those outside the canopy. In addition, under-canopy plots exhibited greater plant abundance and richness than plots outside the canopy. Conversely, we detected higher abundance of edaphic arthropods outside the canopy, although species richness did not differ between treatments. Our findings indicate that improvements in soil nutritional parameters already influence plant diversity beneath the canopy, potentially affecting the endemic flora of this ecosystem, which is currently under strong anthropogenic pressure. Keywords: Ecological succession. Soil–plant interactions. Arthropods. Cecropia.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG)Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq
Effect of ethanol, sodium chloride and hydrogen peroxide on the growth of Spathaspora passalidarum strains isolated from the Amazon biome
Get PDFO Brasil é o segundo maior produtor de etanol do mundo. O uso de combustíveis sustentáveis tem sido cada vez mais desejável visando menor impacto ambiental. Como forma de suprir a demanda energética sem utilizar hidrocarbonetos e derivados agrícolas, o Etanol de Segunda Geração (E2G) surge como uma possibilidade. No caso deste biocombustível, os microrganismos e as biomassas lignocelulósicas exercem um papel crucial. Por isso, este trabalho teve como objetivo caracterizar fisiologicamente 12 linhagens da levedura Spathaspora passalidarum isoladas do bioma brasileiro amazônico, visando futuras aplicações na indústria sucroalcooleira. Esta espécie possui potencial para a produção de E2G por ser fermentadora de xilose. Os experimentos avaliaram o perfil de crescimento das 12 linhagens em estresses provocados por etanol (5%, 6% e 7%), cloreto de sódio (0,5 M, 0,75 M e 1 M), peróxido de hidrogênio (7 mM e 10 mM) e diferentes concentrações de glicose (2%, 18%, 20%,25% e 30%). Os ensaios de estresse foram realizados em meio YPD e meio YPX utilizando o equipamento Growth Profiler 960 (EnzyScreen). Ademais, foram realizados dois experimentos de co fermentação glicose/xilose a fim de identificar fontes de carbono preferenciais e rendimento de produção de etanol (g/L). Os resultados apontaram que o perfil de crescimento das linhagens apresentou variações de acordo com o estresse e o tipo de fonte de carbono (glicose ou xilose). Em meio YPX (xilose), as linhagens apresentaram maior resiliência ao estresse por etanol. Em condições de estresse por NaCl, a levedura de referência obteve o maior crescimento em 1 M, com OD (600 nm) de aproximadamente 1,2. Na primeira cofermentação, observou-se consumo preferencial de glicose (esgotada em até 12 horas por todas as linhagens). A linhagem 6 demonstrou consumo eficiente de xilose e produziu 10,5 g/L de etanol em 24 horas. A segunda cofermentação foi realizada com a levedura NRRL Y-27907 e o a levedura isolada número 6, sendo o isolado mais bem sucedido na produção de etanol. Portanto, conclui-se que a linhagem 6 de S. passalidarum apresentou melhor desempenho em relação aos outros isolados nos ensaios realizados. Palavras-chave: Leveduras; Spathaspora passalidarum; Resposta ao estresse; Produção de etanol; Biocombustíveis; Etanol 2G.Brazil is the second largest ethanol producer in the world. The use of sustainable fuels has become increasingly desirable in order to reduce environmental impact. As a way to meet energy demand without using hydrocarbons and agricultural derivatives, Second Generation Ethanol (E2G) has emerged as a possibility. In the case of this biofuel, microorganisms and lignocellulosic biomass play a crucial role. Therefore, this study aimed to physiologically characterize 12 strains of the yeast Spathaspora passalidarum isolated from the Brazilian Amazon biome, aiming at future applications in the sugar and alcohol industry. This species has potential for the production of E2G because it is a xylose fermenter. The experiments evaluated the growth profile of the 12 strains under stress caused by ethanol (5%, 6% and 7%), sodium chloride (0.5 M, 0.75 M and 1 M), hydrogen peroxide (7 mM and 10 mM) and different glucose concentrations (2%, 18%, 20%, 25% and 30%). The stress assays were performed in YPD and YPX medium using the Growth Profiler 960 equipment (EnzyScreen). In addition, two glucose/xylose co-fermentation experiments were performed in order to identify preferred carbon sources and ethanol production yield (g/L). The results indicated that the growth profile of the strains varied according to the stress and the type of carbon source (glucose or xylose). In YPX medium (xylose), the strains showed greater resilience to ethanol stress. Under NaCl stress conditions, the reference yeast showed the highest growth at 1 M, with an OD (600 nm) of approximately 1.2. In the first cofermentation, preferential consumption of glucose was observed (depleted within 12 hours by all strains). Strain 6 demonstrated efficient consumption of xylose and produced 10.5 g/L of ethanol in 24 hours. The second cofermentation was performed with yeast NRRL Y-27907 and yeast isolate number 6, being the most successful isolate in ethanol production. Therefore, it is concluded that strain 6 of S. passalidarum showed better performance compared to the other isolates in the tests performed. Keywords: Yeasts; Spathaspora passalidarum; Stress response; Ethanol production; Biofuels; Ethanol 2G.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior – Brasil (CAPES)Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - (CNPQ)Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG
Remoção de nuvens e reconstrução de imagens de satélite usando deep learning
Get PDFO sensoriamento remoto tem se demonstrado uma importante ferramenta para aplicações fundamentais, como preservação ambiental, monitoramento e prevenção de desastres naturais, planejamento urbano e agricultura de precisão. Os satélites são fontes de aquisição de dados preponderantes para realização do sensoriamento remoto, em virtude da sua capacidade de oferecer imageamento em várias bandas espectrais e em alta qualidade. Entretanto, as imagens de satélite podem ser sensíveis a presença de artefatos, tais como nuvens, sombras e neve, que interferem nas aplicações mencionadas. Diante disso, este trabalho apresenta quatro principais contribuições. (i) Uma revisão sistemática da literatura, com estabelecimento de uma taxonomia, desafios, perspectivas e tendências para pesquisas relacionadas a tarefa de remoção de nuvens. (ii) Apresenta-se uma nova abordagem de difusão latente com a combinação de canal de atenção e bloco residual para remoção de nuvens, a qual possui entre 48% a 82% menos parâmetros que o estado da arte para a tarefa e preserva a qualidade da reconstrução em termos quantitativos e qualitativos. Além disso, (iii) investigou-se também como a interação entre otimizadores e funções de perda influenciam o processo de aprendizagem para reconstrução de áreas nubladas através de modelo de difusão latente. Por fim, (iv) apresenta-se também um estudo abrangente sobre o comportamento e impacto de diferentes arquiteturas e modelos de segmentação para um cenário de imagens de satélite com nuvens. Palavras-chave: Imagens de Satélite. Modelos de Difusão. Deep Learning. Remoção de Nuvens.Remote sensing has proven to be an essential tool for fundamental applications such as environmental preservation, monitoring and prevention of natural disasters, urban plan- ning, and precision agriculture. Satellites are preponderant data acquisition sources for remote sensing due to their ability to offer high-quality images in several spectral bands. However, satellite images can be sensitive to artifacts, such as clouds, shadows, and snow, which interfere with the mentioned applications. Therefore, this work presents four main contributions. (i) A systematic literature review, establishing a taxonomy, challenges, perspectives, and trends for research related to cloud removal. (ii) This work presents a new latent diffusion approach with residual blocks and combined attention channels for cloud removal, reducing the number of parameters by 48% to 82% compared to the state- of-the-art while preserving reconstruction quality in quantitative and qualitative terms. In addition, (iii) investigated how the interaction between optimizers and loss functions influences the learning process for reconstructing cloudy areas through a latent diffusion model. Finally, (iv) this work presents a comprehensive study of the behavior and impact of different architectures and segmentation models for a satellite imagery scenario with clouds. Keywords: Satellite Images. Diffusion Models. Deep Learning. Cloud Removal.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES
Performance of efficient stock portfolios in governments from different political spectrums: a model based on data envelopment analysis (DEA)
Get PDFEste trabalho teve como objetivo formular um modelo alternativo para a construção de carteiras de ações anuais eficientes e testá-lo com base nos papéis que integraram o Índice Ibovespa entre 2011 e 2022, avaliando seu desempenho em diferentes contextos políticos no Brasil. A metodologia utilizada foi a Análise Envoltória de Dados (DEA) para fins de seleção de ativos. O portfólio formado exclusivamente pelas ações consideradas eficientes no ano base foi testado no ano seguinte e sua rentabilidade anual comparada com a de indicadores tradicionais no mercado, o Índice Ibovespa e o CDI (Certificado de Depósito Interbancário). Este estudo partiu do pressuposto que carteiras selecionadas com base em critérios de eficiência que expressem uma relação ótima entre recursos consumidos e produtos gerados e que minimizem o risco, tendem a apresentar desempenho superior aos benchmarks tradicionais, como o Ibovespa e o CDI, independentemente do cenário político. Os resultados demonstraram que as carteiras formadas pelo modelo DEA superaram os retornos do Ibovespa em 8 dos 12 anos analisados e os do CDI em 7 anos. As carteiras eficientes acumularam rentabilidade de 195,90%, superando o Ibovespa e o CDI. Os resultados demonstraram a aplicabilidade da DEA na seleção de ativos, evidenciando a sua capacidade como ferramenta estratégica na gestão de investimentos, oferecendo uma abordagem inédita ao integrar a análise envoltória de dados ao contexto político-econômico brasileiro. Palavras-chave: seleção de carteiras; análise envoltória de dados (DEA); carteiras eficientesThis work aimed to formulate an alternative model for constructing efficient annual stock portfolios and to test it using the assets that comprised the Ibovespa Index between 2011 and 2022, evaluating their performance under different political contexts in Brazil. The methodology employed was Data Envelopment Analysis (DEA) for asset selection. Portfolios composed exclusively of stocks classified as efficient in a given base year were tested in the subsequent year, and their annual returns were compared to traditional market benchmarks, namely the Ibovespa Index and the CDI (Interbank Deposit Certificate). The study was based on the assumption that portfolios selected using efficiency criteria—expressing an optimal relationship between consumed resources and generated outputs while minimizing risk—tend to outperform traditional benchmarks such as the Ibovespa and the CDI, regardless of the prevailing political scenario. The results showed that the DEA-based portfolios outperformed the Ibovespa in 8 out of the 12 years analyzed and the CDI in 7 years. These efficient portfolios accumulated a return of 195.90%, surpassing both the Ibovespa and the CDI. The findings highlight the applicability of DEA in asset selection, demonstrating its potential as a strategic tool in investment management and offering a novel approach by integrating data envelopment analysis into the Brazilian political-economic context. Keywords: portfolio selection; data envelopment analysis (DEA); efficient portfoliosCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG)Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq
Tactical urbanism applied to public policies in Belo Horizonte – MG (2015–2024)
Get PDFO planejamento urbano brasileiro é fortemente influenciado pela ideologia neoliberal, caracterizando-se pela implementação de megaprojetos conduzidos “de cima para baixo”, sem a participação popular efetiva, e que demandam longos prazos e altos investimentos. Diante desse cenário, é essencial pensar em um planejamento alternativo, que valorize a dimensão humana, a participação cidadã, a pequena escala e o direito à cidade. Diversos conceitos e práticas emergiram dessa perspectiva, dentre os quais destaca-se o urbanismo tático: uma abordagem de ativação de vizinhança caracterizada por intervenções de baixo custo, rápidas e flexíveis. O método tem sido utilizado por diversos atores, em especial o poder público, como uma abordagem para promover a mobilidade ativa, a ativação de espaços públicos e a experimentação de novas dinâmicas urbanas. Dessa forma, a presente pesquisa tem como objetivo discutir a implementação e a consolidação de ações de urbanismo tático promovidas pela Prefeitura Municipal de Belo Horizonte, identificando os principais entraves para a sua realização. Para isso, foi adotada uma abordagem metodológica que inclui revisão sistemática da literatura; análise de legislações, notícias e estudos acadêmicos sobre urbanismo tático na cidade; entrevistas semiestruturadas com o poder público e usuários das intervenções; e observações diretas nos locais onde as ações foram implementadas. Os resultados evidenciam que, apesar do potencial transformador do urbanismo tático, em especial a diversificação de usos do espaço público, sua aplicação enfrenta desafios. Os principais entraves identificados são a falta de continuidade e monitoramento das políticas, as limitações na participação popular e a influência de interesses privados na configuração dos projetos. A análise do caso de Belo Horizonte contribui para a compreensão das possibilidades e limitações do urbanismo tático no Brasil, ressaltando a importância da articulação entre iniciativas de curto, médio e longo prazo para um planejamento urbano efetivo. Palavras-chave: urbanismo tático; planejamento alternativo; políticas públicas; espaço públicoBrazilian urban planning is strongly influenced by neoliberal ideology, characterized by the implementation of top-down megaprojects without effective public participation, requiring long timelines and high investments. Given this scenario, it is essential to consider an alternative planning approach that values human dimension, citizen participation, small-scale interventions, and the right to the city. Various concepts and practices have emerged from this perspective, including tactical urbanism. Tactical urbanism is an approach to neighborhood activation characterized by low-cost, quick, and flexible interventions. This method has been adopted by many actors, especially governments, as a tool to promote active mobility, public space activation, and the experimentation of new urban dynamics. In this context, the present research aims to analyze the implementation and consolidation of tactical urbanism initiatives promoted by the Municipality of Belo Horizonte, identifying the main challenges and obstacles to their realization. The adopted methodology includes: a systematic literature review; analysis of legislation, news, and academic studies on tactical urbanism in the city; semi-structured interviews with the local government and intervention users; and direct observations at the sites where these actions were implemented. The results highlight the transformative potential of tactical urbanism in diversifying the uses of public space, but its application faces significant challenges. The main obstacles identified include the lack of policy continuity and monitoring, limitations on public participation, and the influence of private interests in the projects. The analysis of the Belo Horizonte case contributes to understanding the possibilities and limitations of tactical urbanism in Brazil, emphasizing the importance of integrating short-term and long-term initiatives for an effective urban planning. Keywords: tactical urbanism; alternative planning; public policies ; public spaceCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG)Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq