Predicting current and future spatial community patterns of plant functional traits

Community-level patterns of functional traits relate to community assembly and ecosystem functioning. By modelling the changes of different indices describing such patterns - trait means, extremes and diversity in communities - as a function of abiotic gradients, we could understand their drivers and build projections of the impact of global change on the functional components of biodiversity. We used five plant functional traits (vegetative height, specific leaf area, leaf dry matter content, leaf nitrogen content and seed mass) and non-woody vegetation plots to model several indices depicting community-level patterns of functional traits from a set of abiotic environmental variables (topographic, climatic and edaphic) over contrasting environmental conditions in a mountainous landscape. We performed a variation partitioning analysis to assess the relative importance of these variables for predicting patterns of functional traits in communities, and projected the best models under several climate change scenarios to examine future potential changes in vegetation functional properties. Not all indices of trait patterns within communities could be modelled with the same level of accuracy: the models for mean and extreme values of functional traits provided substantially better predictive accuracy than the models calibrated for diversity indices. Topographic and climatic factors were more important predictors of functional trait patterns within communities than edaphic predictors. Overall, model projections forecast an increase in mean vegetation height and in mean specific leaf area following climate warming. This trend was important at mid elevation particularly between 1000 and 2000 m asl. With this study we showed that topographic, climatic and edaphic variables can successfully model descriptors of community-level patterns of plant functional traits such as mean and extreme trait values. However, which factors determine the diversity of functional traits in plant communities remains unclear and requires more investigations.

A pipeline approach with spatial information for segmenting multiple sclerosis lesions on brain magnetic resonance imaging

Background: Conventional magnetic resonance imaging (MRI) techniques are highly sensitive to detect multiple sclerosis (MS) plaques, enabling a quantitative assessment of inflammatory activity and lesion load. In quantitative analyses of focal lesions, manual or semi-automated segmentations have been widely used to compute the total number of lesions and the total lesion volume. These techniques, however, are both challenging and time-consuming, being also prone to intra-observer and inter-observer variability.Aim: To develop an automated approach to segment brain tissues and MS lesions from brain MRI images. The goal is to reduce the user interaction and to provide an objective tool that eliminates the inter- and intra-observer variability.Methods: Based on the recent methods developed by Souplet et al. and de Boer et al., we propose a novel pipeline which includes the following steps: bias correction, skull stripping, atlas registration, tissue classification, and lesion segmentation. After the initial pre-processing steps, a MRI scan is automatically segmented into 4 classes: white matter (WM), grey matter (GM), cerebrospinal fluid (CSF) and partial volume. An expectation maximisation method which fits a multivariate Gaussian mixture model to T1-w, T2-w and PD-w images is used for this purpose. Based on the obtained tissue masks and using the estimated GM mean and variance, we apply an intensity threshold to the FLAIR image, which provides the lesion segmentation. With the aim of improving this initial result, spatial information coming from the neighbouring tissue labels is used to refine the final lesion segmentation.Results:The experimental evaluation was performed using real data sets of 1.5T and the corresponding ground truth annotations provided by expert radiologists. The following values were obtained: 64% of true positive (TP) fraction, 80% of false positive (FP) fraction, and an average surface distance of 7.89 mm. The results of our approach were quantitatively compared to our implementations of the works of Souplet et al. and de Boer et al., obtaining higher TP and lower FP values.Conclusion: Promising MS lesion segmentation results have been obtained in terms of TP. However, the high number of FP which is still a well-known problem of all the automated MS lesion segmentation approaches has to be improved in order to use them for the standard clinical practice. Our future work will focus on tackling this issue.

Etude des modèles de Whittle markoviens probabilisés

Etude des modèles de Whittle markoviens probabilisés Résumé Le modèle de Whittle markovien probabilisé est un modèle de champ spatial autorégressif simultané d'ordre 1 qui exprime simultanément chaque variable du champ comme une moyenne pondérée aléatoire des variables adjacentes du champ, amortie d'un coefficient multiplicatif ρ, et additionnée d'un terme d'erreur (qui est une variable gaussienne homoscédastique spatialement indépendante, non mesurable directement). Dans notre cas, la moyenne pondérée est une moyenne arithmétique qui est aléatoire du fait de deux conditions : (a) deux variables sont adjacentes (au sens d'un graphe) avec une probabilité 1 − p si la distance qui les sépare est inférieure à un certain seuil, (b) il n'y a pas d'adjacence pour des distances au-dessus de ce seuil. Ces conditions déterminent un modèle d'adjacence (ou modèle de connexité) du champ spatial. Un modèle de Whittle markovien probabilisé aux conditions où p = 0 donne un modèle de Whittle classique qui est plus familier en géographie, économétrie spatiale, écologie, sociologie, etc. et dont ρ est le coefficient d'autorégression. Notre modèle est donc une forme probabilisée au niveau de la connexité du champ de la forme des modèles de Whittle classiques, amenant une description innovante de l'autocorrélation spatiale. Nous commençons par décrire notre modèle spatial en montrant les effets de la complexité introduite par le modèle de connexité sur le pattern de variances et la corrélation spatiale du champ. Nous étudions ensuite la problématique de l'estimation du coefficent d'autorégression ρ pour lequel au préalable nous effectuons une analyse approfondie de son information au sens de Fisher et de Kullback-Leibler. Nous montrons qu'un estimateur non biaisé efficace de ρ possède une efficacité qui varie en fonction du paramètre p, généralement de manière non monotone, et de la structure du réseau d'adjacences. Dans le cas où la connexité du champ est non observée, nous montrons qu'une mauvaise spécification de l'estimateur de maximum de vraisemblance de ρ peut biaiser celui-ci en fonction de p. Nous proposons dans ce contexte d'autres voies pour estimer ρ. Pour finir, nous étudions la puissance des tests de significativité de ρ pour lesquels les statistiques de test sont des variantes classiques du I de Moran (test de Cliff-Ord) et du I de Moran maximal (en s'inspirant de la méthode de Kooijman). Nous observons la variation de puissance en fonction du paramètre p et du coefficient ρ, montrant par cette voie la dualité de l'autocorrélation spatiale entre intensité et connectivité dans le contexte des modèles autorégressifs

Urban Governance und nachhaltige Quartiere: Ein Beitrag zur Förderung einer dauerhaft nachhaltigen Stadtentwicklung

Seit den 1990er Jahren werden zunehmend nachhaltige Quartiere realisiert. Dabei besteht häufig eine beachtliche Diskrepanz zwischen den Zielen, die von den beteiligten Akteuren angestrebt werden, deren Umsetzung (Realisierungsphase) und deren Erhalt auf Dauer (Nutzungsphase). Es stellt sich folglich die Frage, auf welche Weise die Projektqualität im Sinne einer nachhaltigen Quartiersentwicklung verbessert werden kann. Diese Projekte sind jedoch enorm komplex aufgrund der großen Interdisziplinarität und Interdependenz ihrer Ziele sowie der vielschichtigen Akteursstrukturen. Sie stellen daher be-sonders hohe Anforderungen an die Projektsteuerung. Das konkrete Ziel dieser Arbeit besteht darin, die Bedeutung einer Prozesssteuerung im Sinne von Urban Governance zur Realisierung und zum Erhalt nachhaltiger Quartiere zu untersuchen. Damit soll einen Beitrag zur Förderung einer nachhalti-gen Stadtentwicklung geleistet werden. Die Arbeit stützt sich auf ein umfassendes theoretisches Fundament zum Thema Governance, wobei die relevanten Elemente für den Kontext nachhaltiger Quartiere herausgearbeitet werden. Die Hypothesen prüfen die Bedeutung der Schlüsselcharakteristika von Urban Governance (Kooperation, Partizipation, Verhandlungen) für die Projektqualität während der Realisierungs- und Nutzungsphase. Eine erste empirische Untersuchung wurde an zwanzig europäischen nachhaltigen Modellquartieren vorgenommen. Stärken und Schwächen aus der Perspektive der Nachhaltigkeit werden analysiert, deren Ursachen identifiziert und Handlungsoptio-nen aufgezeigt. Die Erkenntnisse zeigen die Notwendigkeit einer Verbesserung der Projektsteuerung während der Realisierungs- und der Nutzungsphase. Auf der Grundlage dieser Erkenntnisse wird ein umfassender Ansatz zur empirischen Untersuchung von Urban Governance im Kontext nachhaltiger Quartiere entwickelt. Dieser beruht auf dem akteurzentrierten Institutionalismus und den Merkmalen der Urban Governance. Anhand dieses Ansatzes wird mithilfe von Experteninterviews der Realisierungsprozess des nach-haltigen Quartiers Kronsberg (Hannover) analysiert. Betrachtet werden dabei die beteiligten Akteure und ihre Handlungso-rientierungen, die verwendeten Schlüsselinstrumente sowie aufgetretene Divergenzen zwischen Akteuren und deren Auswirkungen auf die Projekt- und Prozessqualität. Eine Vertiefung relevanter Themenfelder wird anhand der Fallstudie Neu-Oerlikon (Zürich) vorgenommen. Diese empirische Arbeit zeigt, dass eine Prozesssteuerung im Sinne von Urban Governance im Vergleich zu einer klassis-chen hierarchischen Steuerung eine notwendige aber nicht hinreichende Bedingung zur Verbesserung der Projektqualität nachhaltiger Quartiere darstellt. An konkreten Beispielen wird herausgearbeitet, dass der Mehrwert einer solchen Steuerung nur unter bestimmten Voraussetzungen erzielt werden kann: In manchen Situationen ist die Steuerungsform Kooperation und die Interaktionsform Verhandlung in ihrer Wirksamkeit zur Sicherung der Projektqualität begrenzt und hierarchische Interventionen sind notwendig. Nicht ein bestimmtes Steuerungsmodell per se ist geeignet, sondern es kommt auf den Ein-zelfall an: auf die Akteursstruktur, die individuellen und institutionellen Handlungsorientierungen der Akteure und deren Ver-haltensweisen, die Rahmenbedingungen und die Ausgestaltung des Urban Governance-Prozesses. Wenn die Spielregeln dieses Prozesses von den Akteuren nicht wirklich angenommen und gelebt werden, dominieren individuelle und institutio-nelle Akteursinteressen zu Lasten der Projektqualität. Ferner zeigen die Untersuchungen, dass die Partizipation der zukünftigen Quartiersnutzer in der Praxis häufig unzureichend ist. Dies führt zu Einbußen in der Projektqualität. Entscheidend ist auf jeden Fall, dass mindestens ein Akteur, in der Regel die öffentliche Hand, präsent ist, der die Definition anspruchsvoller Nachhaltigkeitsstandards, deren Umsetzung und deren Erhalt sichert sowie die notwendigen Rahmenbedingungen dafür schafft. Diese Arbeit belegt darüber hinaus, dass der Erhalt der Projektqualität während der Nutzungsphase (Faktor Zeit) bisher un-zureichend beachtet und in die Projektplanung einbezogen wird. Gerade dieser Aspekt bestimmt aber, ob das Quartier auch auf Dauer dem Nachhaltigkeitsanspruch gerecht werden kann! Tatsächlich handelt es sich um einen fortlaufenden Prozess, der nicht mit der Einweihung des Quartiers abgeschlossen ist. Vor diesem Hintergrund werden relevante Handlungsfelder beschrieben und die Notwendigkeit der langfristigen Fortsetzung einer Steuerung im Sinne von Urban Governance bzw. der Herausbildung einer Urban Governance-Kultur aufgezeigt. Aus den empirischen Erhebungen werden Erfolgs- und Risikofaktoren für Urban Governance-Prozesse während der Realisierungs- und der Nutzungsphase abgeleitet. Ferner werden bisher vernachlässigte Handlungsfelder (langfristiges Umwelt-management, ökologische Finanzierungsformen, urbane Landwirtschaft, Umweltkommunikation, etc.) eruiert. Die Berücksichtigung dieser Erkenntnisse ist unerlässlich für eine Verbesserung der Projektqualität nachhaltiger Quartiere. ---------------------------------------------- Gouvernance urbaine et quartiers durables: Entre intensions et mise en oeuvre --- Résumé --- Depuis les années 90, la thématique des quartiers durables a gagné en importance, même si leur développement s'est avéré difficile. Le décalage entre les objectifs, leur mise en oeuvre et le projet tel qu'il est vécu par ses habitants est souvent important et nécessite d'être réduit. Un quartier durable est par nature un projet complexe, aux objectifs ambitieux situé à la croisée de multiples champs disciplinaires, mobilisant de nombreux acteurs aux intérêts divergents. De plus, chaque projet, du fait des ses spécificités, requiert un pilotage adapté. L'objectif principal de la recherche vise à analyser la nature du pilotage du processus de conception, de réalisation et d'exploitation des quartiers durables. Ses résultats ont pour ambition de contribuer à optimiser et promouvoir le développement urbain durable. Le fondement théorique de la recherche se base sur le concept de gouvernance urbaine, adapté au contexte particulier de la gouvernance des quartiers durables. La gouvernance urbaine, au sens où nous l'entendons, est un mode de pilotage basé sur la coopération entre les acteurs publics et privés. Les hypothèses centrales du travail testent la portée et les limites des caractéristiques-clefs de la gouvernance urbaine (coopération, participation, négociation), ainsi que l'importance de la notion de pérennité pour la qualité du projet. Dans un premier temps, nous avons analysé vingt quartiers durables modèles européens et identifié leurs atouts et leurs faiblesses en termes de durabilité, ainsi que leurs divers modes de pilotage. Les enseignements tirés de ces exemples révèlent la nécessité d'améliorer le pilotage des projets. Dans un deuxième temps, nous avons élaboré une grille d'analyse fine fondée sur l'approche institutionnelle des acteurs et les caractéristiques-clefs de la gouvernance urbaine. En nous appuyant sur cette grille, nous avons analysé le processus de conception et de réalisation du quartier durable de « Kronsberg » (Hanovre) à l'aide des éléments suivants : les acteurs (avec leurs intérêts et objectifs propres), les instruments d'aménagement du territoire, les modes de pilotage, les zones de divergence et de convergence entre les acteurs, ainsi que leurs impacts sur le processus et le projet. Dans un troisième temps, les hypothèses centrales ont été testées sur le quartier de « Neu-Oerlikon » (Zurich) afin d'approfondir et d'élargir les enseignements tirés de celui de « Kronsberg ». Les résultats des analyses mettent en évidence le fait qu'un pilotage de projet selon le modèle de la gouvernance urbaine est certes une condition nécessaire mais non suffisante pour améliorer la qualité du projet. De plus, la valeur ajoutée de la gouvernance urbaine n'est valable qu'à certaines conditions. En effet, la coopération et la négociation peuvent même, dans certaines situations, réduire la qualité du projet ! Le principal enseignement de la recherche révèle qu'il n'y a pas de mode de pilotage idéal, mais que la qualité d'un projet dépend d'une multitude de facteurs, tels que les constellations d'acteurs, leurs intérêts personnels et institutionnels, les conditions cadres et les « règles du jeu » de la gouvernance urbaine. Si les « règles du jeu » en particulier ne sont pas réellement appropriées par l'ensemble des acteurs, les intérêts et les comportements personnels ou institutionnels prédominent au détriment de la qualité du projet. De même, si la participation des futurs usagers à l'élaboration du projet de quartier durable n'est pas assurée, tant la qualité du projet que sa pérennité en pâtissent. Nous avons également constaté que la présence d'un acteur (en règle générale les autorités publiques) qui veille à la définition d'objectifs ambitieux en matière de développement durable et à leur application constitue un apport essentiel à la qualité du projet. En outre, la recherche met en évidence les carences dans le suivi et le maintien à long terme des qualités de durabilité de la phase d'exploitation des projets de quartiers durables analysés. Dans la phase d'exploitation, le degré de coopération diminue généralement et les modes de fonctionnement et de pilotage sectoriels se mettent en place au détriment de la qualité du projet. Cela confirme la nécessité de poursuivre le processus de pilotage selon le modèle de la gouvernance urbaine au-delà de la phase de réalisation des projets. La recherche précise les enjeux des champs d'action de la phase d'exploitation (domaine encore peu étudié) et démontre la pertinence du mode de pilotage préconisé. Enfin, les analyses permettent d'identifier des facteurs de réussite et de risque susceptibles d'influencer les systèmes de gouvernance urbaine, ainsi que les enjeux des domaines de la durabilité encore négligés (agriculture urbaine, gestion environnementale dans la durée, comportement des usagers, financement équitable, etc.). La prise en compte de ces enseignements est essentielle à l'amélioration de la gestion de futurs projets de quartiers durables. ---------------------------------------------- Urban Governance and Sustainable Neighbourhoods: A Contribution to a Lasting Sustainable Development --- Abstract --- Since the 1990s, sustainable neighbourhoods have become an increasingly important topic. However, their development has proven to be difficult. There is an often considerable gap, which must be reduced, between the initial goals, the way they are implemented and how the project is finally inhabited. A sustainable neighbourhood is inherently a complex project, with ambitious goals that lie at the intersection of multiple disciplines, involving numerous stakeholders with diverging interests. Moreover, each project, due to its specific characteristics, requires an adapted steering. The main goal of this research is to analyse the nature of the steering process during the planning, realisation and use of sustainable neighbourhoods. The results aim to contribute to the promotion of sustainable urban development. The theoretical foundation of this research is based on the concept of urban governance, adapted to the particular context of sustainable neighbourhoods. Urban governance is understood in this work, as a mode of project steering based on the cooperation between public and private stakeholders. The central hypotheses of this work test the importance and the limits of the key characteristics of urban governance (cooperation, participation, negotiation) as well as the importance of continuity for the project quality. To begin with, we surveyed and analysed twenty exemplary European sustainable neighbourhoods and identified their strengths and weaknesses in terms of sustainability, as well as their diverse steering modes. The lessons learned from these examples reveal the need to improve the projects' steering. Secondly we elaborated a detailed framework for analysis founded on stakeholder-centred institutionalism and the key characteristics of urban governance. By systematically applying this framework, we analysed the planning and implementation process of the sustainable neighbourhood "Kronsberg" (Hannover). Our focus was on the following dimensions: the stakeholders (with their particular interests and goals), the instruments of spatial planning, the steering modes, the points of divergence and convergence amongst the stakeholders, as well as their impacts on the process and on the project. The final step was to test the core hypotheses on the neighbourhood "Neu-Oerlikon" (Zürich) in order to broaden the lessons learned from "Kronsberg". The results of the analysis highlight the fact that an urban governance type project steering is certainly a necessary but insufficient condition to improve the project quality. Moreover, the added value of urban governance is only valid under certain conditions. In fact, cooperation and negotiation can even in certain situations reduce the project's quality! The main lesson of this research is that there is not an ideal steering mode, but rather that the quality of the project depends on numerous factors, such as the stakeholder constellation, their individual and institutional interests, the general conditions and the "rules of the game" of urban governance. If these "rules of the game" are not really appropriated by all stakeholders, individual and institutional interests and behaviours predominate at the expense of the project's quality. Likewise, if the future users' participation in the project development is insufficient, both the project's quality and its continuity suffer. We have also observed that the presence of a stakeholder (in general the public authorities) who ensures the definition of ambitious goals in terms of sustainable development and their implementation is crucial for the project's quality. Furthermore, this research highlights the deficiencies in the follow-up and long-term preservation of the sustainability qualities in the neighbourhood projects which we have analysed. In the use phase, the degree of cooperation generally diminishes. Attitudes and project management become more sectorial at the expense of the project's quality. This confirms the need to continue the steering process according to the principles of urban governance beyond the project's implementation phase. This research specifies the challenges that affect the use phase (a still neglected area) and shows the relevance of the recommended steering mode. Finally, the analyses also identify the success and risk factors that may influence urban-governance systems, as well as the challenges of still neglected fields of sustainability (urban agriculture, long-term environmental management, user behaviour, fair funding, etc.). Taking into account these outcomes is essential to improve the management of future sustainable-neighbourhood projects.

Sublimation of new matrix candidates for high spatial resolution imaging mass spectrometry of lipids: enhanced information in both positive and negative polarities after 1,5-diaminonapthalene deposition.

Matrix sublimation has demonstrated to be a powerful approach for high-resolution matrix-assisted laser desorption ionization (MALDI) imaging of lipids, providing very homogeneous solvent-free deposition. This work presents a comprehensive study aiming to evaluate current and novel matrix candidates for high spatial resolution MALDI imaging mass spectrometry of lipids from tissue section after deposition by sublimation. For this purpose, 12 matrices including 2,5-dihydroxybenzoic acid (DHB), sinapinic acid (SA), α-cyano-4-hydroxycinnamic acid (CHCA), 2,6-dihydroxyacetphenone (DHA), 2',4',6'-trihydroxyacetophenone (THAP), 3-hydroxypicolinic acid (3-HPA), 1,8-bis(dimethylamino)naphthalene (DMAN), 1,8,9-anthracentriol (DIT), 1,5-diaminonapthalene (DAN), p-nitroaniline (NIT), 9-aminoacridine (9-AA), and 2-mercaptobenzothiazole (MBT) were investigated for lipid detection efficiency in both positive and negative ionization modes, matrix interferences, and stability under vacuum. For the most relevant matrices, ion maps of the different lipid species were obtained from tissue sections at high spatial resolution and the detected peaks were characterized by matrix-assisted laser desorption ionization time-of-flight/time-of-flight (MALDI-TOF/TOF) mass spectrometry. First proposed for imaging mass spectrometry (IMS) after sublimation, DAN has demonstrated to be of high efficiency providing rich lipid signatures in both positive and negative polarities with high vacuum stability and sub-20 μm resolution capacity. Ion images from adult mouse brain were generated with a 10 μm scanning resolution. Furthermore, ion images from adult mouse brain and whole-body fish tissue sections were also acquired in both polarity modes from the same tissue section at 100 μm spatial resolution. Sublimation of DAN represents an interesting approach to improve information with respect to currently employed matrices providing a deeper analysis of the lipidome by IMS.

Machine learning for spatial environmental data. Theory, applications and software

The book presents the state of the art in machine learning algorithms (artificial neural networks of different architectures, support vector machines, etc.) as applied to the classification and mapping of spatially distributed environmental data. Basic geostatistical algorithms are presented as well. New trends in machine learning and their application to spatial data are given, and real case studies based on environmental and pollution data are carried out. The book provides a CD-ROM with the Machine Learning Office software, including sample sets of data, that will allow both students and researchers to put the concepts rapidly to practice.

Organization and plasticity of auditory spatial representations

Spatial hearing refers to a set of abilities enabling us to determine the location of sound sources, redirect our attention toward relevant acoustic events, and recognize separate sound sources in noisy environments. Determining the location of sound sources plays a key role in the way in which humans perceive and interact with their environment. Deficits in sound localization abilities are observed after lesions to the neural tissues supporting these functions and can result in serious handicaps in everyday life. These deficits can, however, be remediated (at least to a certain degree) by the surprising capacity of reorganization that the human brain possesses following damage and/or learning, namely, the brain plasticity. In this thesis, our aim was to investigate the functional organization of auditory spatial functions and the learning-induced plasticity of these functions. Overall, we describe the results of three studies. The first study entitled "The role of the right parietal cortex in sound localization: A chronometric single pulse transcranial magnetic stimulation study" (At et al., 2011), study A, investigated the role of the right parietal cortex in spatial functions and its chronometry (i.e. the critical time window of its contribution to sound localizations). We concentrated on the behavioral changes produced by the temporarily inactivation of the parietal cortex with transcranial magnetic stimulation (TMS). We found that the integrity of the right parietal cortex is crucial for localizing sounds in the space and determined a critical time window of its involvement, suggesting a right parietal dominance for auditory spatial discrimination in both hemispaces. In "Distributed coding of the auditory space in man: evidence from training-induced plasticity" (At et al., 2013a), study B, we investigated the neurophysiological correlates and changes of the different sub-parties of the right auditory hemispace induced by a multi-day auditory spatial training in healthy subjects with electroencephalography (EEG). We report a distributed coding for sound locations over numerous auditory regions, particular auditory areas code specifically for precise parts of the auditory space, and this specificity for a distinct region is enhanced with training. In the third study "Training-induced changes in auditory spatial mismatch negativity" (At et al., 2013b), study C, we investigated the pre-attentive neurophysiological changes induced with a training over 4 days in healthy subjects with a passive mismatch negativity (MMN) paradigm. We showed that training changed the mechanisms for the relative representation of sound positions and not the specific lateralization themselves and that it changed the coding in right parahippocampal regions. - L'audition spatiale désigne notre capacité à localiser des sources sonores dans l'espace, de diriger notre attention vers les événements acoustiques pertinents et de reconnaître des sources sonores appartenant à des objets distincts dans un environnement bruyant. La localisation des sources sonores joue un rôle important dans la façon dont les humains perçoivent et interagissent avec leur environnement. Des déficits dans la localisation de sons sont souvent observés quand les réseaux neuronaux impliqués dans cette fonction sont endommagés. Ces déficits peuvent handicaper sévèrement les patients dans leur vie de tous les jours. Cependant, ces déficits peuvent (au moins à un certain degré) être réhabilités grâce à la plasticité cérébrale, la capacité du cerveau humain à se réorganiser après des lésions ou un apprentissage. L'objectif de cette thèse était d'étudier l'organisation fonctionnelle de l'audition spatiale et la plasticité induite par l'apprentissage de ces fonctions. Dans la première étude intitulé « The role of the right parietal cortex in sound localization : A chronometric single pulse study » (At et al., 2011), étude A, nous avons examiné le rôle du cortex pariétal droit dans l'audition spatiale et sa chronométrie, c'est-à- dire le moment critique de son intervention dans la localisation de sons. Nous nous sommes concentrés sur les changements comportementaux induits par l'inactivation temporaire du cortex pariétal droit par le biais de la Stimulation Transcrânienne Magnétique (TMS). Nous avons démontré que l'intégrité du cortex pariétal droit est cruciale pour localiser des sons dans l'espace. Nous avons aussi défini le moment critique de l'intervention de cette structure. Dans « Distributed coding of the auditory space : evidence from training-induced plasticity » (At et al., 2013a), étude B, nous avons examiné la plasticité cérébrale induite par un entraînement des capacités de discrimination auditive spatiale de plusieurs jours. Nous avons montré que le codage des positions spatiales est distribué dans de nombreuses régions auditives, que des aires auditives spécifiques codent pour des parties données de l'espace et que cette spécificité pour des régions distinctes est augmentée par l'entraînement. Dans « Training-induced changes in auditory spatial mismatch negativity » (At et al., 2013b), étude C, nous avons examiné les changements neurophysiologiques pré- attentionnels induits par un entraînement de quatre jours. Nous avons montré que l'entraînement modifie la représentation des positions spatiales entraînées et non-entrainées, et que le codage de ces positions est modifié dans des régions parahippocampales.

Simulit, un modèle de simulation pour la planification hospitalière. [Simulit, a simulation model for hospital planning].

The aim of this computerized simulation model is to provide an estimate of the number of beds used by a population, taking into accounts important determining factors. These factors are demographic data of the deserved population, hospitalization rates, hospital case-mix and length of stay; these parameters can be taken either from observed data or from scenarii. As an example, the projected evolution of the number of beds in Canton Vaud for the period 1893-2010 is presented.

Mice with chronic GSH deficit display phenotypical anomalies that resemble key aspects of schizophrenia

ABSTRACTSchizophrenia is a major psychiatric disorder occurring with a prevalence of 1% in the worldwide population. It develops progressively with psychosis onset in late adolescence or earlyadulthood. The disorder can take many different facets and has a highly diffuse anddistributed neuropathology including deficits in major neurotransmitter systems,myelination, stress regulation, and metabolism. The delayed onset and the heterogeneouspathology suggest that schizophrenia is a developmental disease that arises from interplayof genetic and environmental factors during sensitive periods. Redox dysregulation due to animbalance between pro-oxidants and antioxidant defence mechanisms is among the riskfactors for schizophrenia. Glutathione (GSH) is the major cellular redox regulator andantioxidant. Levels of GSH are decreased in cerebrospinal fluid, prefrontal cortex and postmortemstriatum of schizophrenia patients. Moreover, polymorphisms of the key GSHsynthesizingenzyme, glutamate-cysteine ligase, modifier (GCLM) subunit, are associatedwith the disease, suggesting that GSH deficit is of genetic origin. Here we used miceknockout (KO) for the GCLM gene, which display chronic GSH deficit (~70 to 80% decrease)to investigate the direct link between redox dysregulation and schizophrenia. Accordingly,we evaluated whether GCLM KO compared to normal wildtype mice display behavioralchanges that relate to schizophrenia symptoms and whether their brains showmorphological, functional or metabolic alterations that resemble those in patients.Moreover, we exposed pubertal GCLM mice to repeated mild stress and measured theirhormonal and behavioral stress reactivity. Our data show that chronic GSH deficit isassociated with altered emotion- and stress-related behaviors, deficient prepulse inhibition,pronounced amphetamine-induced hyperlocomotion but normal spatial learning andworking memory. These changes represent important schizophrenia endophenotypes.Moreover, this particular pattern of change indicates impairment of the ventralhippocampus (VH) and related circuitry as opposed to the dorsal hippocampus (DH), which isimplicated in spatial information processing. This is consistent with a selective deficit ofparvalbumin positive interneurons and gamma oscillation in the VH but not DH. Increasedlevels of circulating stress hormones in KO mice following pubertal stress corroborate VHdysfunction as it is involved in negative feedback control of the stress response. VHstructural and functional deficits are frequently found in the schizophrenic brain. Metabolicevaluation of the developing GCLM KO anterior cortex using in vivo magnetic resonancespectroscopy revealed elevated glutamine (Gln), glutamate (Glu), Gln/Glu and N-acetylaspartate(NAA) during the pre-pubertal period. Similar changes are reported in earlyschizophrenia. Overall, we observe phenotypic anomalies in GSH deficient GCLM KO micethat correspond to major schizophrenia endophenotypes. This supports an important rolefor redox dysregulation in schizophrenia and validates the GCLM KO mouse as model for thedisease. Moreover, our results indicate that puberty may be a sensitive period for redoxsensitivechanges highliting the importance of early intervention. Gln, Gln/Glu, Glu and NAAmay qualify as early metabolic biomarkers to identify young at-risk individuals. Since chronictreatment with NAC normalized most metabolic changes in GCLM KO mice, NAC may be oneadjunct treatment of choice for early intervention in patients.RESUMELa schizophrénie est une maladie psychiatrique majeure avec une prévalence de 1% dans lapopulation. Son développement est progressif, les premières psychoses apparaissant àl'adolescence ou au début de l'âge adulte. La maladie a plusieurs présentations et uneneuropathologie étendue, qui inclut des déficits neurochimiques, métaboliques, de lamyélination et de la régulation du stress. L'émergence tardive et l'hétérogénéité de lapathologie suggèrent que la schizophrénie est une maladie développementale, favorisée pardes facteurs génétiques et environnementaux durant des périodes sensibles. La dérégulationrédox, due à un déséquilibre entre facteurs pro-oxidantes et défenses anti-oxidantes,constitue un facteur de risque. Le glutathion (GSH) est le principal régulateur rédox et antioxidantdes cellules, ses taux sont diminués dans le liquide céphalorachidien, le cortexpréfrontal et le striatum de patients. De plus, des variations du gène codant la sous-unitémodulatrice (GCLM) de la glutamate-cystéine ligase, enzyme de synthèse du GSH, sontassociés la maladie, suggérant que le déficit observé chez les patients est d'originegénétique. Nous avons donc utilisé des souris ayant une délétion du gène GCLM (KO), quiont un déficit chronique en GSH (70-80%), afin d'étudier le lien entre une dérégulation rédoxet la schizophrénie. Nous avons évalué si ces souris présentent des altérationscomportementales analogues aux symptômes de la maladie, et des modificationsstructurelles, fonctionnelles et métaboliques au niveau du cerveau, ressemblant à celles despatients. De plus, nous avons soumis les souris à des stresses modérés durant la puberté,puis mesuré les réponses hormonales et comportementales. Les animaux présentent undéficit pré-attentionnel du traitement des informations moto-sensorielles, un déficit pourcertains apprentissages, une réponse accrue à l'amphétamine, mais leurs mémoires spatialeet de travail sont préservées. Ces atteintes comportementales sont analogues à certainsendophénotypes de la schizophrénie. De plus, ces changements comportementaux sontlargement expliqués par une perturbation morphologique et fonctionnelle de l'hippocampeventral (HV). Ainsi, nous avons observé un déficit sélectif des interneurones immunoréactifsà la parvalbumine et une désynchronisation neuronale dans l'HV. L'hippocampe dorsal,impliqué dans l'orientation spatiale, demeure en revanche intact. L'augmentationd'hormones de stress dans le sang des souris KO suite à un stress prépubertal soutien aussil'hypothèse d'une dysfonction de l'HV, connu pour moduler ce type de réponse. Des déficitsstructurels et fonctionnels dans l'hippocampe antérieur (ventral) ont d'ailleurs été rapportéschez des patients schizophrènes. Par de résonance magnétique, nous avons également suivile profil métabolique du le cortex antérieur au cours du développement postnatal des sourisKO. Ces mesures ont révélé des taux élevés de glutamine (Gln), glutamate (Glu), du ratioGln/Glu, et de N-acétyl-aspartate (NAA) durant la période prépubertale. Des altérationssimilaires sont décrites chez les patients durant la phase précoce. Nous avons donc révélédes anomalies phénotypiques chez les souris GCLM KO qui reflètent certainsendophénotypes de la schizophrénie. Nos résultats appuient donc le rôle d'une dérégulationrédox dans l'émergence de la maladie et le potentiel des souris KO comme modèle. De plus,cette étude met en évidence la puberté comme période particulièrement sensible à unedérégulation rédox, renforçant l'importance d'une intervention thérapeutique précoce. Dansce cadre, Gln, Gln/Glu, Glu and NAA seraient des biomarqueurs clés pour identifier de jeunesindividus à risque. De part son efficacité dans notre modèle, NAC pourrait être unesubstance de choix dans le traitement précoce des patients.

Spatial learning by rats across visually disconnected environments

Two spatial tasks were designed to test specific properties of spatial representation in rats. In the first task, rats were trained to locate an escape hole at a fixed position in a visually homogeneous arena. This arena was connected with a periphery where a full view of the room environment existed. Therefore, rats were dependent on their memory trace of the previous position in the periphery to discriminate a position within the central region. Under these experimental conditions, the test animals showed a significant discrimination of the training position without a specific local view. In the second task, rats were trained in a radial maze consisting of tunnels that were transparent at their distal ends only. Because the central part of the maze was non-transparent, rats had to plan and execute appropriate trajectories without specific visual feedback from the environment. This situation was intended to encourage the reliance on prospective memory of the non-visited arms in selecting the following move. Our results show that acquisition performance was only slightly decreased compared to that shown in a completely transparent maze and considerably higher than in a translucent maze or in darkness. These two series of experiments indicate (1) that rats can learn about the relative position of different places with no common visual panorama, and (2) that they are able to plan and execute a sequence of visits to several places without direct visual feed-back about their relative position.

Working memory in schizophrenia: dynamic visuo-spatial information processing

Working memory, commonly defined as the ability to hold mental representations on line transiently and to manipulate these representations, is known to be a core deficit in schizophrenia. The aim of the present study was to investigate the visuo-spatial component of the working memory in schizophrenia, and more precisely to what extent the dynamic visuo-spatial information processing is impaired in schizophrenia patients. For this purpose we used a computerized paradigm in which 29 patients with schizophrenia (DSMIV, Diagnostic Interview for Genetic Studies) and 29 age and sex matched control subjects (DIGS) had to memorize a plane moving across the computer screen and to identify the observed trajectory among 9 plots proposed together. Each trajectory could be seen max. 3 times if needed. The results showed no difference between schizophrenia patients and controls regarding the number of correct trajectory identified after the first presentation. However, when we determine the mean number of correct trajectories on the basis of 3 trials, we observed that schizophrenia patients are significantly less performant than controls (Mann-Whitney, p _ 0.002). These findings suggest that, although schizophrenia patients are able to memorize some dynamic trajectories as well as controls, they do not profit from the repetition of the trajectory presentation. These findings are congruent with the hypothesis that schizophrenia could induce an unbalance between local and global information processing: the patients may be able to focus on details of the trajectory which could allow them to find the right target (bottom-up processes), but may show difficulty to refer to previous experience in order to filter incoming information (top-down processes) and enhance their visuo-spatial working memory abilities.

Classification of very high spatial resolution imagery using mathematical morphology and support vector machines

We investigate the relevance of morphological operators for the classification of land use in urban scenes using submetric panchromatic imagery. A support vector machine is used for the classification. Six types of filters have been employed: opening and closing, opening and closing by reconstruction, and opening and closing top hat. The type and scale of the filters are discussed, and a feature selection algorithm called recursive feature elimination is applied to decrease the dimensionality of the input data. The analysis performed on two QuickBird panchromatic images showed that simple opening and closing operators are the most relevant for classification at such a high spatial resolution. Moreover, mixed sets combining simple and reconstruction filters provided the best performance. Tests performed on both images, having areas characterized by different architectural styles, yielded similar results for both feature selection and classification accuracy, suggesting the generalization of the feature sets highlighted.