news

Oferta de contrato predoctoral para Proyecto I+D Generación de Conocimiento: “Física estadística para ciudades: modelos estocásticos y experimentos públicos” (StatPhys4Cities, PID2019-106811GB-C33 TIPO B)

news picture

Ministeri projects 19/10/2020

Información para aplicar a la oferta - Ministerio:

https://www.ciencia.gob.es/portal/site/MICINN/menuitem.dbc68b34d11ccbd5d52ffeb801432ea0/?vgnextoid=490233572bed4710VgnVCM1000001d04140aRCRD

Investigadores principales:

Josep Perelló josep.perello@ub.edu / Miquel Montero miquel.montero@ub.edu

 

Resumen proyecto

Al menos desde la revolución científica, los modelos matemáticos interpretables han sido instrumentales para avanzar en nuestro conocimiento del mundo. La era del big data prometía facilitar el descubrimiento de modelos interpretables de sistemas naturales y socioeconómicos que anteriormente no se podían analizar de manera cuantitativa. Aún así, no hemos presenciado la esperada explosión de modelos matemáticos interpretables. En parte, esto es porque modelos de aprendizaje automático (machine learning) están de facto tomando su lugar. Sin embargo, muchos modelos de aprendizaje automático no son interpretables, por lo que un uso descontrolado de ellos puede tener consecuencias indeseadas cuando nuestras decisiones dependen de los resultados de estos modelos.

La aproximación de la física estadística, que se basan en usar modelos interpretables a nivel microscópico para entender el comportamiento macroscópico, nos brinda una posición única para establecer los fundamentos de algoritmos alternativos para la selección y validación de modelos interpretables que aprenderán de los datos pero que serán fundamentalmente distintos de los algoritmos de machine learning que conocemos.

Los sistemas socioeconómicos, y en particular las ciudades, presentan un contexto específico en que la necesidad de mejores modelos interpretables es crítica: entender los micro-motivos detrás del comportamiento humano es un paso necesario para explicar su comportamiento macroscópico social y para ser útiles en el proceso de toma de decisiones. Pese a las contribuciones de la física estadística a los fenómenos urbanos, muchas de las herramientas usadas no van más allá de la metáfora del bottom-up. Teniendo en cuenta el crecimiento esperado de las ciudades a escala mundial en la próxima década y la abundancia de datos urbanos, hay una necesidad imperiosa de poder obtener modelos interpretables y validables en un contexto urbano a partir de datos.

StatPhys4Cities enfocará estos retos en un esfuerzo coordinado que contribuirá en el avance de la investigación de problemas urbanos desde un punto de vista de la física estadística y que combinará modelos y métodos de teoría de redes, procesos estocásticos y fenómenos críticos con un enfoque data-driven. Específicamente, StatPhys4Cities tiene dos objetivos generales:

1. Desarrollar herramientas de selección y validación de modelos interpretables. Estas herramientas deben poder informar el proceso de obtención de nuevos datos para responder preguntas concretas.

2. Obtener una mejor comprensión de la movilidad, el bienestar y desigualdades en las ciudades vía el análisis/modelado/interpretación de datos existentes y de la adquisición de nuevos datos sobre estos temas.

En particular, la Universitat de Barcelona exploraremos los procesos estocásticos y los formalismos de caminos aleatorios en tiempo continuo para plantear nuevas formulaciones matemáticas en temas relacionados con la movilidad, el bienestar y las desigualdades. En la Universitat de Barcelona desarrollaremos experimentos públicos, inclusivos y participativos sobre movilidad y bienestar de los ciudadanos. Bajo la forma de ciencia ciudadana, los experimentos públicos refinarán preguntas de investigación planteadas con la participación de un grupo de ciudadanos preocupados sobre el tema. El enfoque quiere mejorar un conocimiento socialmente sólido listo para usarse por parte de los responsables de políticas públicas. El candidato desarrollará tareas transversales a estas temáticas.

ENGLISH VERSION

 

 

Neuronal cultures to study the brain and neurological disorders

news picture

Research Outreach papers 07/10/2020

Understanding the brain is essential, for example to treat neurological disorders that affect one in six people worldwide. However, studying the brain is challenging: it is so complex and difficult to access. Cell biologist Dr Daniel Tornero and neurophysicist Dr Jordi Soriano, from the University of Barcelona, developed neuronal cultures that can be used to study mechanisms involved in brain damage and recovery, to test the potential of stem cells to treat neurological disorders, and generate disease models that could help understand and diagnose neurodegenerative diseases.

More information here: https://researchoutreach.org/articles/neuronal-cultures-study-brain-neurological-disorders/

 

Geometric renormalization unravels self-similarity of the multiscale human connectome

news picture

UBICS papers 05/10/2020

Some members of the UBICS published a new paper in PNAS. The article titled "Geometric renormalization unravels self-similarity of the multiscale human connectome" was published by Muhua Zheng, Antoine Allard, Patric Hagmann, Yasser Alemán-Gómez, and M. Ángeles Serrano, the last August 2020.

Structural connectivity in the brain is typically studied by reducing its observation to a single spatial resolution. However, the brain possesses a rich architecture organized over multiple scales linked to one another. The researchers of the study explored the multiscale organization of human connectomes using datasets of healthy subjects reconstructed at five different resolutions. They found that the structure of the human brain remains self-similar when the resolution of observation is progressively decreased by hierarchical coarse-graining of the anatomical regions. Strikingly, a geometric network model, where distances are not Euclidean, predicts the multiscale properties of connectomes, including self-similarity. The model relies on the application of a geometric renormalization protocol which decreases the resolution by coarse-graining and averaging over short similarity distances. These results suggest that simple organizing principles underlie the multiscale architecture of human structural brain networks, where the same connectivity law dictates short- and long-range connections between different brain regions over many resolutions. The implications are varied and can be substantial for fundamental debates, such as whether the brain is working near a critical point, as well as for applications including advanced tools to simplify the digital reconstruction and simulation of the brain.

Congratulations!

More info: https://www.pnas.org/content/117/33/20244.short

Congratulations Dr. Pedro Tiago

news picture

UBICS people 09/09/2020

Pedro Tiago Martins, member of the UBICS, successfully defended yesterday his PhD. 

Dr. Pedro Tiago Martins has developed his thesis in Cognitive Science and Language at the University of Barcelona, under the supervision of Cedric Boeckx. He has carried out his research as part of the Cognitive Biology of Language Group

The committee members in his thesis were Faustino Dieguez, Andrea Ravignani and Adriano R. Lameira. 

Congratulations Dr. Piedro Tiago!

Les neurones de laboratori es poden integrar en teixit cerebral humà

news picture

UB papers 31/08/2020

Un equip d’investigadors de l’Institut de Neurociències (UBNeuro) i de l’Institut de Sistemes Complexos (UBICS) de la Universitat de Barcelona ha demostrat que es poden generar neurones a partir de les cèl·lules de la pell d’un donant utilitzant tecnologia de reprogramació cel·lular. Segons els resultats obtinguts, aquestes neurones són capaces d’integrar-se en el circuit neuronal quan es trasplanten a una petita porció de cervell obtinguda d’un donant humà.

Amb l’ús de la tecnologia més avançada, incloent-hi el rastreig neuronal monosinàptic mitjançant virus, i registres electrofisiològics, els investigadors han demostrat que les cèl·lules trasplantades s’integren en una xarxa neuronal ja establerta —procedent de l’escorça cerebral d’un donant humà— i que són capaces de rebre senyals i establir contactes sinàptics amb les neurones d’aquesta part del cervell. 

«És un gran avenç en el tractament del dany cerebral, perquè la majoria dels estudis fets per demostrar la viabilitat dels trasplantaments de cèl·lules mare com a teràpia s’han dut a terme amb models animals, com ara ratolins o rates. En aquest estudi, hem establert un mètode per demostrar que aquestes teràpies també són eficients quan es trasplanten cèl·lules humanes en un teixit humà», explica Daniel Tornero, professor del Departament de Biomedicina i membre de l’Institut de Neurociències de la UB. «A més, les cèl·lules de l’empelt es poden generar a partir de cèl·lules de la pell humana per al trasplantament al·logènic, és a dir, el trasplantament de cèl·lules obtingudes del mateix pacient, evitant un possible rebuig d’aquest empelt i els problemes ètics associats amb aquest tipus de teràpies», afegeix Tornero.

L’investigador assenyala que gràcies a la col·laboració amb el professor Jordi Soriano, de la Facultat de Física de la UB i membre del UBICS, ha estat possible combinar tècniques de biologia cel·lular amb cèl·lules mare i l’anàlisi de xarxes neuronals funcionals des d’una perspectiva física. Aquesta col·laboració ha permès entendre millor la complexitat del model experimental i definir estratègies futures per a aplicacions terapèutiques.

L’estudi, que s’ha publicat recentment a la revista Stem Cells Translational Medicine, s’ha desenvolupat en col·laboració amb el laboratori del professor Zaal Kokaia, del Lund Stem Cell Center (Suècia).  

Article de referència:

M. Grønning Hansen et al. «Grafted human pluripotent stem cell‐derived cortical neurons integrate into adult human cortical neural circuitry», Stem Cells Translational Medicine, juny del 2020. Doi:10.1002/sctm.20-0134

Junior Postdoc position

news picture

Albert grants 12/08/2020

We offer a 1-year postdoctoral position to conduct research at the
University of Barcelona (Dept. Condensed Matter Physics) on modeling
patterning processes in developing organisms within the project
PGC2018-101896-B-I00 funded by Ministerio de Ciencia, Innovación y
Universidades / Agencia Estatal de Investigación / Fondo Europeo de
Desarrollo Regional, Unión Europea.

The research will be theoretical and computational, motivated by
empirical data on living organisms and with potential collaboration
with a research laboratory in molecular biology. The project aims to
characterize principles of organization and function of matter in
living organisms, from the point of view of nonlinear and stochastic
physics. One objective is centered in signaling between adjacent cells
through Notch receptor in order to decipher dynamical mechanisms for
efficiency at signaling and error correction in patterns. Another
objective is to unravel the spatial integration of signals within the
meristem of plant roots.

The candidate must have a PhD in Physics, Mathematics, Computer
Science, Biology, or similar, and have expertise on modeling dynamical
systems (analysis and simulations). Programming and mathematical
modeling skills are required.

Submissions must include a complete CV and the name and contact of at
least 1 referee.

Inquiries and submissions should be sent to Marta Ibañes mibanes@ub.edu.

Applications are welcome until the position is filled. The starting
date is as soon as possible and no later than December 2020.

Trobades Virtuals de la VI Festa de la Ciència

news picture

UB products 29/07/2020

Adjuntem en aquesta llista les Trobades Virtuals que es van fer per la VI Festa de la Ciència: 

https://www.youtube.com/watch?v=vqC1l3M4ZN0&list=PL4St1S6pcSAP4tJjLxJPAsCerEL9SFz0n&index=6&t=2347s

Aquesta activitat virtual ha estat fruit de la celebració el 8 de maig del 2020 de la VI Festa de la Ciència de la UB en format virtual com a conseqüència de la pandèmia pel Coronavirus SARS-CoV-2. La Festa, com cada any, ha buscat la connexió entre els grups de recerca de la Universitat de Barcelona i la societat, inclús en moments de distància social. Els vídeos amb tallers i propostes per fer des de casa publicats amb motiu de la Festa 2020 han donat pas, en alguns casos, a trobades virtuals en directe per generar el diàleg tan valuós que es produïa a les activitats presencials.

En especial podràs trobar a la llista el Taller Virtual "Descobrint els sistemes complexos" on va participar, el membre CEIPAC i també membre del UBICS, en Jordi Pérez González. A continuació adjuntem el resum del Taller. 

Es compleixen 30 anys de l'inici de les excavacions a Testaccio, turó artificial de la zona portuària de l'antiga Roma formada per restes de milions d'àmfores de fang que es feien servir per transportar oli d'oliva. Aquest abocador romà és un singular jaciment d’on cada any s’extreu nou material. Entre d'altres troballes cal destacar els epígrafs amb informació sobre per exemple el comerciant, l'origen de l'oli, el seu transport, etc. Gràcies a aquestes dades s'ha incrementat el coneixement de l'economia i la societat antiga. Aquesta enorme quantitat d’informació es gestiona amb la base de dades d'epigrafia de l'CEIPAC (Centre per l’Estudi de la Interdependència provincial de l’antiguitat clàssica). Jordi Pérez González ens guia per aquest abocador d'època antiga i ens fa conèixer als personatges involucrats en el comerç de l’oli d’oliva. També explica com l’anàlisi i la interpretació de la gran quantitat de dades obtingudes d’aquestes excavacions es du a terme per especialistes de diversos àmbits.  

 

Webinars Complex Systems and Covid-19 on Youtube

news picture

UBICS products 22/07/2020

"Complex Systems and COVID-19" : Cicle de Webinars sobre Sistemes Complexos enfocats en el COVID-19 organitzat per l'UBICS i complexitat.cat. Enfocat per a tothom interessat en els Sistemes Complexos i els seus actuals camps d’aplicació.

Ara pots trobar tots els videos aquí:

 https://www.youtube.com/watch?v=53tEodkCv0c&list=PLf7A47_ENtnLkXJ8QPspRIT5a0zz-1nPd&index=5

11 June - Manlio de Domenico, CoMuNe Lab, Fondazione Bruno Kessler

"Tackling complexity: foundations and appplications."

18 June - Nuria Oliver, Data-Pop Alliance & ELLIS (The European Laboratory for Learning and Intelligent Systems)

"Data Science to fight against COVID-19"

25 June - Santiago F. Elena, Instituto de Biología Integrativa de Sistemas, CSIC

 “Identifying early-warning signals for the sudden transition from health to disease stages by dynamical network biomarkers”

02 July - Alex Arenas, DEIM, Universitat Rovira i Virgili

 “Epidemics and mobility”

16 July - Ernesto Estrada, IUMA

"Fractional diffusion on the human proteome as an alternative explanation to the multi-organ damage of SARS CoV-2."

 

Webinar by Ernesto Estrada

news picture

UBICS projects 13/07/2020

Date: 16 July, 16h (CET, GMT+2, Barcelona/Madrid/Paris/Berlin)

Speaker: Ernesto Estrada, IUMA, Universidad de Zaragoza

Title:  “Fractional diffusion on the human proteome as an alternative explanation to the multi-organ damage of SARS CoV-2"

Link to the VIDEO of the webinar: https://www.youtube.com/watch?v=53tEodkCv0c&list=PLf7A47_ENtnLkXJ8QPspRIT5a0zz-1nPd&index=5

Abstract: 

SARS CoV-2 is the new coronavirus causing the pandemic known as COVID-19. This respiratory disease is characterized by multi-organ and systemic damages in patients. The abundance of ACE2 on human organs has been claimed as responsible for such multi-organ spread of the virus damages. However, once on circulation the virus could spread to practically every organ in the human body as
ACE2 is ubiquitous on endothelia and smooth muscle cells of virtually all organs. Contrastingly, SARS CoV-2 only damages selectively a few organs. Here, we develop the hypothesis that the effects of the SARS CoV-2 virus can be spread through the human protein-protein interaction (PPI) network in a subdiffusive way. We then elaborate a time-fractional diffusion model on networks which allow
us to study this phenomenon. Starting the diffusion from the SARS CoV-2 Spike protein to the human PPI network we show here that the pertubations can spread across the whole network in very few steps. Consequently, we discover a few potential routes of propagation of these perturbations from proteins mainly expressed in the lungs to proteins mainly expressed in other different tissues, such as
the heart, cerebral cortex, thymus, lymph node, testis, prostate, liver, small intestine, duodenum, kidney, among others already reported as damaged by COVID-19.

Webinar by Alex Arenas

news picture

UBICS products 26/06/2020

Date: 2 July, 16h (CET, GMT+2, Barcelona/Madrid/Paris/Berlin)

Speaker: Alex Arenas, DEIM, Universitat Rovira i Virgili​

Title:  “Epidemics and mobility”

Link to the video of the Webinar: https://www.youtube.com/watch?v=54NoVIRdKo0&list=PLf7A47_ENtnLkXJ8QPspRIT5a0zz-1nPd&index=5&t=0s

Abstract: 

Reaction–diffusion processes have been widely used to study epidemics in networked metapopulations. In the context of epidemics, reaction processes are understood as contagions within each subpopulation (patch), while diffusion represents the mobility of individuals between patches. Recently, the characteristics of human mobility, such as its recurrent nature, have been proven crucial to understand the phase transition to endemic epidemic states. Here, we present a framework able to cope with the elementary epidemic processes, the spatial distribution of populations and the commuting mobility patterns. We will show after, how this framework has been adapted to describe the COVID-19 pandemic.

7