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Intelligent threat detection in internet of things environments

(Universidad de Castilla-La Mancha, 2023) Roldán Gómez, José

El IoT ha experimentado un crecimiento vertiginoso. Las aplicaciones del IoT son muchas y diversas, y van desde la habilitación de un hogar inteligente hasta la monitorización de procesos industriales o la optimización de patrones de tráfico. Este crecimiento sin precedentes ha hecho que se convierta en un objetivo muy interesante para los ciberdelincuentes. Esto es especialmente preocupante en este paradigma porque existen ciertas limitaciones intrínsecas que pueden complicar la implementación de medidas en este paradigma. Entre ellas, el hecho de que estos dispositivos suelen tener recursos limitados, lo que significa que tienen poca capacidad de procesamiento y memoria. Además, estos dispositivos no suelen estar bien mantenidos y pueden utilizar software obsoleto que es vulnerable a exploits conocidos. Por tanto, es necesario diseñar nuevas soluciones o adaptar las tradicionales teniendo en cuenta las características del paradigma. El objetivo de esta tesis doctoral es diseñar, implementar y evaluar una arquitectura que permita detectar amenazas conocidas y desconocidas en entornos IoT en tiempo real. Además, se pretende que esta arquitectura pueda detectar dichos ataques con la menor intervención posible. CEP permite procesar y correlacionar una gran cantidad de datos en tiempo real. Para ello, un experto define un conjunto de reglas, denominadas reglas CEP, cuando los eventos simples, que contienen la información necesaria para detectar situaciones de interés, cumplen con estas reglas, se dispara un evento complejo. Primero, se diseña, implementa y evalúa una arquitectura capaz de generar reglas CEP para detectar amenazas IoT en tiempo real; sin embargo, esta arquitectura requiere que un experto especifique los campos más importantes de los protocolos a monitorizar. También es necesario que el tráfico de red, con el que entrenamos nuestra arquitectura, esté etiquetado, es decir, que la arquitectura sepa qué paquetes son ataques a la hora de entrenar. A continuación, se actualiza y mejora la arquitectura anterior. La mejora de esta implementación es que elimina la necesidad de un experto en el dominio para identificar los campos clave. Por último, se actualiza la arquitectura anterior para poder generar las reglas sin necesidad de tráfico etiquetado. Los resultados obtenidos a lo largo de la tesis avalan la viabilidad de todas las propuestas que presentamos. Los resultados obtenidos muestran que las diferentes arquitecturas consiguen buenos resultados desde el punto de vista funcional y de rendimiento. Podemos concluir que las propuestas descritas son viables.

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Uncertainty analysis and reduction for climate change related decision making: applications to adaptation and economical sustainability in agriculture

(Universidad de Castilla-La Mancha, 2023) Rodríguez Sánchez, Alfredo

El cambio climático afecta y afectará de forma severa a diferentes sectores en muchas partes del planeta a no ser que se implementen adaptaciones locales que puedan reducir tales impactos. Para estudiar, en un tiempo razonable, que medidas de adaptación son adecuadas, y contemplando diferentes escenarios, se utilizan modelos, tanto de clima como de impacto, relacionados con el sector considerado, que se alimentan de los resultados de los primeros. Este hecho complica el diseño de las adaptaciones debido a que la incertidumbre inherente a los modelos se propaga y va incrementando a lo largo de la cadena de simulación. Una técnica ampliamente extendida para reducir la incertidumbre es la de utilizar un único modelo sino la de un ensemble, o conjunto, de modelos. Aunque la utilización de esta metodología ofrece mejores resultados que el uso de un único modelo, aún presenta carencias en cuanto a que no proporciona información acerca de la confianza asociada a una recomendación realizada con dichos resultados. Además, también se requiere que, en la medida de lo posible, las adaptaciones diseñadas sean factibles en el sentido de que sea posible su implementación, pero deberán garantizar también una viabilidad económica. La presente Tesis surge para mejorar la aplicabilidad de las proyecciones de impacto y adaptación al cambio climático, y para ello se marca dos objetivos principales, 1) desarrollar un índice de amplia aplicabilidad en diferentes sectores de impacto y variables, que pueda ser utilizado sobre los resultados de un ensemble de modelos y asigne niveles de confianza en función del cumplimiento de una hipótesis permitiendo discriminar adaptaciones por nivel de confianza, que podrá ir a su vez ligado con la viabilidad económica, y 2) aplicar el índice desarrollado a sectores de impacto concretos a través de casos de estudio, habiéndose elegido en este caso y por su gran importancia, el sector agronómico español, y para el que se han evaluado diferentes recomendaciones de adaptación frente al cambio climático, para discriminar aquellas que presentan gran confianza y por tanto baja incertidumbre, tanto para cultivos herbáceos como leñosos, representativos del entorno Mediterráneo y con gran importancia a nivel nacional. Además, en el caso de estudio centrado en los cultivos leñosos se ha ilustrado un modo de analizar la viabilidad económica de los cultivos. Como resultado, se desarrolló el índice llamado EOA, que analiza el efecto en cambios en la composición de y tamaño de los ensembles de modelos para evaluar el nivel de concordancia de los resultados del ensemble respecto a una hipótesis. En el primer caso de estudio (capítulo 5) se aplicó este índice para evaluar y reducir la incertidumbre de recomendaciones de adaptación realizadas por un estudio anterior para trigo de invierno en secano como ejemplo de cultivo herbáceo. Se puso el foco del caso en una localidad Mediterránea bajo condiciones climáticas perturbadas para temperatura y precipitación y bajo diferentes concentraciones de CO2. Aunque los resultados confirmaron que las recomendaciones hechas en el estudio anterior eran en general adecuadas, algunas de ellas no permanecían recomendables bajo ciertas combinaciones climáticas y tamaños de ensemble analizados. Además, fue posible discriminar recomendaciones por su nivel de confianza. En este sentido, utilizando el EOA fue posible identificar opciones de adaptación que permitirían incrementar rendimientos incluso bajo condiciones climáticas severas. Estas adaptaciones consistirían en sustituir el cultivar de trigo de invierno por uno de primavera, unido a un adelanto de la siembra, junto al uso de cultivares con ciclo de cultivo estándar o más largo. También se estudió la introducción de un riego suplementario, lo que amentaría el valor del EOA en todos los casos. Existe una baja confianza en recuperar los niveles de rendimientos base, aunque este objetivo sí podría conseguirse bajo perturbaciones climáticas moderadas. El segundo caso de estudio, relativo a la acumulación de frío de cultivos leñosos más importantes en España, se realizó en dos fases. En la primera fase (capítulo 6), se utilizó un ensemble de modelos de clima, bajo diferentes escenarios de emisiones y para dos periodos climáticos futuros. Los resultados se utilizaron para alimentar a diferentes modelos de acumulación de frío, diseñados para diferentes especies con el objetivo de evaluar el impacto del cambio climático tal acumulación, necesaria para una buena producción, tanto en términos de cantidad como de calidad. Los resultados mostraron una reducción generalizada en la acumulación de frío independientemente del modelo utilizado, del escenario de emisiones y del periodo futuro. La reducción se proyecta mucho mayor para el periodo futuro lejano bajo el escenario de emisiones más pesimista. La reducción proyectada amenazaría la viabilidad de algunos cultivos y variedades en áreas donde actualmente se cultivan, pero también se mostró la viabilidad de algunos cultivares con bajos requerimientos frío. Estos resultados de la primera fase del segundo caso de estudio se refinaron en una ulterior fase (capítulo 7). Para ello se recopilaron de la literatura diferentes umbrales de acumulación de frío necesarios para diferentes variedades comerciales comúnmente usadas de los siete cultivos leñosos más importantes en España, para así definir distintos niveles de acumulación de frío. En este caso se aplicó el índice desarrollado junto a otra métrica (la llamada safe winter chill) que nos permitió estimar la confianza de tener una producción económicamente viable en base a la correcta acumulación del frio necesario por parte de las distintas especies y variedades. Los resultados obtenidos indican que tal viabilidad disminuye en el futuro independientemente del escenario de emisiones y periodo futuro, aunque esta sí existiría en el futuro cercano para variedades con requerimientos de frío bajos. No obstante, tales variedades no serían adecuadas en el futuro lejano en algunas de las áreas con mayor producción actual donde la situación sería más severa, especialmente bajo el escenario de emisiones más pesimista. La adaptación en estos casos sería posible mediante el desplazamiento de las áreas de cultivo a zonas próximas junto a una selección cuidadosa de variedades en términos de requerimientos frío. Los resultados pueden respaldar esta selección con gran confianza. Los resultados obtenidos en la presente Tesis pueden proporcionar información crucial para todas las partes implicadas, para ambos casos de estudio. Para el relativo a los cultivos leñosos, las recomendaciones de adaptación se ofrecen utilizando variedades reales, facilitando así la interpretación y la aplicación en campo por parte de agricultores y técnicos. La introducción de umbrales con significado tanto biofísico como económico a los análisis basados en el EOA incrementa tanto el valor añadido como la aplicabilidad en las recomendaciones resultantes. Finalmente, la metodología desarrollada en la presente Tesis posibilita discriminar medias de adaptación con la mayor viabilidad tanto agronómica como económica en lo referente a la producción de cultivos, pero esta puede ser aplicada a otros sectores de impacto.

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Efectividad de la terapia basada en realidad virtual en la neurorrehabilitación del miembro superior post-ictus

(Universidad de Castilla-La Mancha, 2023) Rodríguez Hernández, Marta

El ictus es una de las principales causas de discapacidad a largo plazo, constituyendo sus procesos de rehabilitación y supervivencia un gran reto para los profesionales sanitarios. El objetivo general de la rehabilitación neurológica es promover una rápida recuperación de los múltiples déficits posteriores a un ictus y la consecución de un estilo de vida similar al estado premórbido. La extremidad superior sigue sin ser funcional para realizar las actividades de la vida diaria en hasta el 66% de los supervivientes, siendo el más incapacitante de todos los trastornos residuales. La rehabilitación basada en realidad virtual específica ofrece la posibilidad de individualizar las necesidades del tratamiento y estandarizar protocolos de evaluación y entrenamiento. En esta Tesis Doctoral se desarrolla un ensayo clínico controlado y aleatorizado que compara la rehabilitación convencional de Fisioterapia y Terapia Ocupacional (grupo control) con la combinación del tratamiento convencional y el uso de tecnología de realidad virtual específica (grupo experimental). Los resultados obtenidos tras quince sesiones de intervención experimental revelan que el enfoque rehabilitador combinado es más eficaz para la mejora de la calidad de vida relacionada con la salud, la función motora de la extremidad superior e independencia funcional en la ejecución de las actividades de la vida diaria y la restauración de la motricidad de la mano y el movimiento voluntario. Además, se asocia con la normalización del tono muscular y con una mayor recuperación global tras el diagnóstico de ictus.

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The effects of footwear characteristics on physiology, biomechanics and runnig performance

(Universidad de Castilla-La Mancha, 2023) Rodrigo Carranza, Víctor

La posibilidad de conseguir la hazaña de correr la primera maratón en menos de 2 horas ha provocado que aumente la inversión de las principales compañías de calzado deportivo en el desarrollo de tecnología que pueda ayudar a conseguirlo. Con este objetivo, en el año 2017 la empresa Nike lanzó al mercado un nuevo concepto de zapatilla para correr que revolucionó el diseño de calzado. Desde este momento, se han batido todos los récords de larga distancia y el desafío de correr una maratón oficial en menos de dos horas está cada vez más cerca. Recientemente, este tipo de calzado ha sido denominado “Advanced footwear technology” o zapatillas de tecnología avanzada (AFT). Este tipo de calzado es caracterizado por la combinación de (1) peso de la zapatilla reducido, (2) una placa de fibra de carbono curvada incrustada en la mediasuela con el objetivo de (3) aumentar la rigidez de flexión longitudinal, (4) espumas de mediasuela más reactivas y ligeras (por ejemplo, PEBA) para proporcionar amortiguación y reactividad y (5) una mayor altura de mediasuela (es decir, grosor de la mediasuela) con forma de balancín. Objetivos Los objetivos generales de esta Tesis Doctoral fueron (1) evaluar y analizar la mejora que han provocado las AFT en el rendimiento de las carreras de ruta, así como (2) analizar el efecto y describir los mecanismos que tienen las principales características de las AFT sobre el rendimiento de la carrera. Métodos En relación con los dos objetivos generales planteados, se llevaron a cabo principalmente dos tipos de diseños experimentales. Con respecto al primer objetivo se realizaron 3 estudios experimentales con diseño experimental longitudinal, observacional y retrospectivo y un comentario al editor. Para ello, se recopilaron datos de las 100 mejores actuaciones masculinas en 10k, media maratón y maratón de la base de datos pública de la World Athletics (https://worldathletics.org) en los años previos al lanzamiento de AFT (2015 – 2016) y post lanzamiento (2017 – 2019) para evaluar el impacto (mejora de rendimiento en tiempo) que este tipo de calzado había tenido en las principales pruebas de larga distancia (10 km, media maratón y maratón) y el efecto en la velocidad crítica de los corredores, realizando también un análisis individual del número de no respondedores al usar AFT. Las zapatillas utilizadas por los atletas se identificaron en el 93,1 % de los casos mediante fotografías disponibles públicamente. Para evaluar el segundo objetivo general, se realizaron 4 estudios con diseño experimental transversal, controlado y aleatorio y una revisión sistemática con metaanálisis. Los estudios experimentales evaluaron diferentes condiciones de calzado con la intención de evaluar diferentes características de las AFT en la economía de carrera (EC), la biomecánica y el rendimiento: (1) incremento del peso del calzado (2) incremento de la rigidez a la flexión longitudinal (control, rígido, y muy rígido) de las AFT, (3) influencia del incremento de la rigidez a la flexión longitudinal de la AFT en diferentes niveles de corredores y diferentes velocidades submáximas y (4) material de la mediasuela (EVA vs. PEBA) y propiedades mecánicas de la mediasuela en las AFT. Por otro lado, la revisión sistemática con meta-análisis se centró en evaluar la influencia del incremento de la rigidez de la flexión longitudinal mediante el uso de diferentes placas de fibra de carbono a diferentes velocidades de carrera. Todos los estudios fueron aprobados por el comité de ética de la UCLM (CEIC 924). Resultados Los principales resultados en relación con el primer objetivo fueron que, para todas las distancias analizadas, el rendimiento medio fue mayor (menor tiempo) cuando los corredores utilizaron AFT en comparación a cuando corrieron sin AFT (p<0,05). La mejora media con este tipo de calzado fue de 14 s (0,83%), 18 s (0,50%) y 74 s (0,97%) para 10k, media maratón y maratón, respectivamente. Además, de que la velocidad crítica mejoró un 3,31% para un grupo experimental de corredores que durante el periodo evaluado usaron y no usaron AFT, en comparación con el grupo control que no usaron AFT. Sin embargo, analizando a un pequeño grupo de corredores que durante 2 años consecutivos no usaron y después sí usaron este tipo de calzado, entorno a un 25% de corredores no mejoraron su rendimiento cuando usaban AFT. Con respecto al segundo objetivo general de la presente Tesis Doctoral, los principales resultados fueron una reducción del rendimiento en una prueba de tiempo límite a la vVO2max, acompañada del empeoramiento de la EC al 85% y 95% del VT2 cuando se añadieron 100 g extras a cada zapatilla (p<0,05), pero sin cambios cuando se añadieron sólo 50 g. Con respecto al incremento de la rigidez a la flexión longitudinal, el principal hallazgo fue que las zapatillas con mayor rigidez a la flexión longitudinal mejoraron la EC en pruebas de laboratorio junto con un aumento del tiempo de contacto y longitud de zancada, sin modificación del resto de variables espaciotemporales. Además, encontramos que los efectos del aumento de la rigidez a la flexión longitudinal sobre la EC estaban influenciados por diversas variables, incluyendo el tipo y longitud de la placa, la masa de la zapatilla, la cantidad de rigidez a la flexión longitudinal y la velocidad de carrera. Con respecto al grado de incremento de rigidez a la flexión longitudinal, se produjo una mejora significativa de la EC del 2,56% en la condición rígida en comparación con el control y una mejora significativa del 1,98% al comparar la condición rígida con la condición muy rígida (p<0,05). Aunque, las condiciones rígida y muy rígida experimentaron cambios espaciotemporales similares en comparación con la condición de control. Sin embargo, tras incrementar la rigidez a la flexión longitudinal mediante una placa curva de fibra de carbono, el grupo entrenado se favoreció en mayor medida (un 3,80% al correr a velocidades lentas y un 3,24% al correr a velocidades rápidas) que los corredores de nivel nacional (un incremento no significativo del ~1% y un incremento significativo del 2,11% al correr a velocidades lentas y rápidas, respectivamente), aunque con una mejora similar en el test de 3.000 m en ambos grupos, al utilizar zapatillas con rigidez a la flexión longitudinal aumentada en comparación con las zapatillas de control (p<0,05). Por último, con respecto al material de la mediasuela de las AFT, la EVA y PEBA tuvieron diferente proceso de desgaste al evaluar la EC (p<0,05). Además, la condición de zapatilla con PEBA mejoró la EC en un 1,88% en comparación con la condición EVA cuando las AFT eran nuevas (p<0,05). Conclusiones En relación con el primer objetivo de la presente Tesis Doctoral, el principal hallazgo fue que AFT mejoró el rendimiento de los corredores del top 100 mundial en las pruebas de ruta de 10k, media maratón y maratón mejorando además la velocidad crítica, sin embargo, no lo hizo a todos por igual. En relación con el segundo objetivo de la presente Tesis Doctoral, el principal hallazgo fue que el peso del calzado, la rigidez a la flexión longitudinal y el material de la mediasuela influyeron con diferentes mecanismos sobre la EC al variarlas en las AFT.

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Efecto del ejercicio físico en personas con esclerosis múltiple

(Universidad de Castilla-La Mancha, 2023) Reina Gutiérrez, Sara

La esclerosis múltiple (EM) es una enfermedad desmielinizante inflamatoria y neurodegenerativa que afecta a la sustancia blanca del sistema nervioso central, provocando la interrupción o disminución de la conducción nerviosa. Se desconoce su etiología, pero se cree que se produce cuando algunos factores (como la infección por el virus de Epstein Barr, la exposición al sol, los bajos niveles de vitamina D y el elevado índice de masa corporal) actúan en personas con susceptibilidad genética. La esclerosis múltiple afecta principalmente a personas de entre 20 y 40 años, siendo más frecuente en mujeres. Existen varios tipos de EM, en los que puede haber recaídas o brotes (aparición de síntomas con periodos de estabilidad, con síntomas residuales o mejoría completa entre ellos); o puede ser progresiva, en la que los síntomas aparecen y la discapacidad progresa gradualmente sin recaídas. Los síntomas de la EM incluyen fatiga, espasticidad, trastornos miccionales, ataxia, dolor, deterioro cognitivo y depresión. La fatiga es uno de los síntomas más frecuentes, considerado el peor por el 55% de los pacientes. También se sabe que la condición física, concretamente la fuerza muscular y la capacidad cardiorrespiratoria, está disminuida en las personas con EM en comparación con la población sana. Por último, los síntomas de la EM deterioran la calidad de vida de estas personas. Existe tratamiento médico para mejorar algunos de los síntomas. Sin embargo, en algunos casos presentan efectos adversos, y los beneficios sólo se observan tras un largo periodo de tratamiento. Por otro lado, muchos estudios han demostrado los efectos beneficiosos del ejercicio físico, aunque no se ha estudiado qué tipo de ejercicio es el más beneficioso para mejorar la funcionalidad y los síntomas de esta patología. Para abordar esta cuestión, esta tesis doctoral tiene los siguientes objetivos principales: • Evaluar si el ejercicio físico tiene un efecto positivo en la reducción de la fatiga total y física en personas con EM, determinando qué modalidad de ejercicio tiene mayor efecto. • Analizar el efecto de diferentes tipos de ejercicio sobre la condición física muscular y cardiorrespiratoria en personas con EM. • Evaluar qué tipo de ejercicio físico tiene el mayor efecto positivo sobre la calidad de vida (componentes total, físico y mental) en personas con EM. Para responder a estas preguntas, se realizaron tres meta-análisis en red, que llevaron a las siguientes conclusiones: • El entrenamiento sensoriomotor es la modalidad de ejercicio físico más eficaz para mejorar tanto la fatiga física como la fatiga total. Además, el entrenamiento de fuerza también es un ejercicio eficaz para reducir la fatiga total en personas con EM. • El entrenamiento de fuerza y el combinado (fuerza con aeróbico) son las modalidades de ejercicio físico más eficaces para mejorar la condición física muscular, y el ejercicio aeróbico para la capacidad cardiorrespiratoria en personas con EM. • El entrenamiento sensoriomotor, los ejercicios aeróbicos y los ejercicios mente-cuerpo fueron las modalidades de ejercicio físico más eficaces para mejorar la calidad de vida total, física y mental, respectivamente. Esta tesis doctoral ha sido diseñada por Sara Reina Gutiérrez y sus directoras Ana Isabel Torres Costoso y Mairena Sánchez López. Sara Reina Gutiérrez ha realizado esta tesis doctoral en el marco de dos becas (2018-COB-9131 y 2020-PREDUCLM-15596), antes mencionadas, que le han permitido realizar esta tesis e incorporarse al equipo del Centro de Estudios Sociosanitarios de Cuenca.