The cover basement contact beneath the Rawil axial depression (Western Alps) - True amplitude seismic processing, petrophysical properties, and modeling

Since 1986, several near-vertical seismic reflection profiles have been recorded in Switzerland in order to map the deep geologic structure of the Alps. One objective of this endeavour has been to determine the geometries of the autochthonous basement and of the external crystalline massifs, important elements for understanding the geodynamics of the Alpine orogeny. The PNR-20 seismic line W1, located in the Rawil depression of the western Swiss Alps, provides important information on this subject. It extends northward from the `'Penninic front'' across the Helvetic nappes to the Prealps. The crystalline massifs do not outcrop along this profile. Thus, the interpretation of `'near-basement'' reflections has to be constrained by down-dip projections of surface geology, `'true amplitude'' processing, rock physical property studies and modelling. 3-D seismic modelling has been used to evaluate the seismic response of two alternative down-dip projection models. To constrain the interpretation in the southern part of the profile, `'true amplitude'' processing has provided information on the strength of the reflections. Density and velocity measurements on core samples collected up-dip from the region of the seismic line have been used to evaluate reflection coefficients of typical lithologic boundaries in the region. The cover-basement contact itself is not a source of strong reflections, but strong reflections arise from within the overlaying metasedimentary cover sequence, allowing the geometry of the top of the basement to be determined on the basis of `'near-basement'' reflections. The front of the external crystalline massifs is shown to extend beneath the Prealps, about 6 km north of the expected position. A 2-D model whose seismic response shows reflection patterns very similar to the observed is proposed.

Melt topology and chemistry during partial melting in contact aureoles : an experimental study and field example

This study was initiated to investigate partial melting within the high-grade metamorphic rocks beneath the Little Cottonwood contact aureole (Utah, USA), in order to understand the melt generation, melt migration, and geometry of initial melt distribution on grain scale during crustal anatexis. The emplacement of the Little Cottonwood stock produced a contact aureole in the pelitic host rocks of the Big Cottonwood formation (BC). Metamorphic isogrades in pelitic rocks range form biotite to 2nd sillimanite grade as a function of distance from the contact. Migmatites are restricted to the highest grade and resulted form partial melting of the BC formation rocks. First melt was produced by a combined muscovite/biotite dehydration reaction in the sillimanite + k-feldspar stability field. Melt extraction from the pelites resulted in restites (magnetite + cordierite + alumosilicate ± biotite) surrounded by feldspar enriched quartzite zones. This texture is the result of gradual infiltration of partial melts into the quartzite. Larger, discrete melt accumulation occurred in extensional or transpressional domains such as boudin necks, veins, and ductile shear zones. Melt composition are Si02- rich, crystallized as pegmatites, and apparently were very mobile. They were able to infiltrate the quartzite pervaisivly. These melts are similar in composition to first melts produced in the hydrothermal partial melt experiments at 2kbar between 700 - 800°C on fine grained high metamorphic rocks (andalusite-cordierited-biotite-zone) of the BC formation. The experimental melts are water rich and in disequilibrium with the melting rock. Initial melt composition is heterogeneous for short run duration, reflective a lack of chemical equilibrium between individual melt pools. Rock core scale heterogeneity decreased with time indicating partial homogenization of melt compositions. A simultaneous shift of melt composition to higher silica content with time was observed. The silica content of the melt increased due to local melt/mineral reactions. Melt textures indicate that reactive melt transport is most efficient along grain boundaries rimmed by dissimilar grains. Melt heterogeneity resulted in chemical potential gradients which are major driving forces for initial melt migration and govern melt distribution during initial melting. An additional subject of the thesis is the crystal size distributions of opaque minerals in a fine-grained, high-grade meta-pelite of the Big Cottonwood which were obtained from 3D X-ray tomography (uCT) and 2D thin section analysis. µCT delivers accurate size distributions within a restricted range (~ a factor of 20 in size in a single 3D image), while the absolute number of crystals is difficult to obtain from these sparsely distributed, small crystals on the basis of 2D images. Crystal size distributions obtained from both methods are otherwise similar. - Ce travail de recherche a été entrepris dans le but d'étudier les processus de fusion partielle dans les roches fortement métamorphiques de l'auréole de contact de Little Cottonwood (Utah, USA) et ceci afin de comprendre la génération de liquide de fusion, la migration de ces liquides et la géométrie de la distribution initiale des liquides de fusion à l'échelle du grain durant l'anatexie de la croûte. L'emplacement du petit massif intrusif de Little Cottonwood a produit une auréole de contact dans les roches pélitiques encaissantes appartenant à la Foimation du Big Cottonwood (BC). Les isogrades métamorphiques dans les roches pélitiques varient de l'isograde de la biotite à la deuxième isograde de la sillimanite en fonction de la distance par rapport au massif intrusif. Les migmatites sont restreintes aux zones montrant le plus haut degré métamorphique et résultent de la fusion partielle des roches de la Formation de BC. Le premier liquide de fusion a été produit par la réaction de déshydratation combinée de la muscovite et de la biotite dans le champ de stabilité du feldspath potassique Pt de la sillimanite. L'extraction du liquide de fusion des pélites forme des restites (magnétites + cordiérite + aluminosilicate ± biotite) entourées par des zones de quartzites enrichies en feldspath. Cette texture est le résultat de l'infiltration graduelle du liquide de fusion partielle dans les quartzites. Des accumulations distinctes et plus larges de liquide de fusion ont lieu dans des domaines d'extension ou de transpression tels que les boudins, les veines, et les zones de cisaillement ductile. La composition des liquides de fusion est similaire à celle des liquides pegmatoïdes, et ces liquides sont apparemment très mobiles et capables d'infiltrer les quartzites. Ces liquides de fusion ont la même composition que les premiers liquides produits dans les expériences hydrotheunales de fusion partielle à 2kbar et entre 700-800° C sur les roches finement grenues et hautement métamorphiques (andalousite-cordiérite-biotite zone) de la Formation de BC. Les liquides de fusion obtenus expérimentalement sont riches en eau et sont en déséquilibre avec la roche en fusion. La composition initiale des liquides de fusion est hétérogène pour les expériences de courte durée et reflète l'absence d'équilibre chimique entre les différentes zones d'accumulation des liquides de fusion. L'hétérogénéité à l'échelle du noyau s'estompe avec le temps et témoigne de l'homogénéisation de la composition des liquides de fusion. Par ailleurs, on observe parallèlement un décalage de la composition des liquides vers des compositions plus riches en silice au cours du temps. Le contenu en silice des liquides de fusion évolue vers un liquide pegmatitique en raison des réactions liquides/minéraux. Les textures des liquides de fusion indiquent que le transport des liquides est plus efficace le long des bordures de grains bordés par des grains différents. Aucun changement apparent du volume total n'est visible. L'hétérogénéité des liquides s'accompagne d'un gradient de potentiel chimique qui sert de moteur principal à la migration des liquides et à la distribution des liquides durant la fusion. Un sujet complémentaire de ce travail de thèse réside dans l'étude de la distribution de la taille des cristaux opaques dans les pélites finement grenues et fortement métamorphiques de la Formation de Big Cottonwood. Les distributions de taille ont été obtenues suite à l'analyse d'images 3D acquise par tomographie ainsi que par analyse de lames minces. La microtomographie par rayon X fournit une distribution de taille précise sur une marge restreinte (- un facteur de taille 20 dans une seule image 3D), alors que le nombre absolu de cristaux est difficile à obtenir sur la base d'image 2D en raison de la petite taille et de la faible abondance de ces cristaux. Les distributions de taille obtenues par les deux méthodes sont sinon similaire. Abstact: Chemical differentiation of the primitive Earth was due to melting and separation of melts. Today, melt generation and emplacement is still the dominant process for the growth of the crust. Most granite formation is due to partial melting of the lower crust, followed by transport of magma through the crust to the shallow crust where it is emplaced. Partial melting and melt segregation are essential steps before such a granitic magma can ascent through the crust. The chemistry and physics of partial melting and segregation is complex. Hence detailed studies, in which field observations yield critical information that can be compared to experimental observations, are crucial to the understanding of these fundamental processes that lead and are leading to the chemical stratification of the Earth. The research presented in this thesis is a combined field and experimental study of partial melting of high-grade meta-pelitic rocks of the Little Cottonwood contact aureole (Utah, USA). Contact metamorphic rocks are ideal for textural studies of melt generation, since the relatively short times of the metamorphic event prevents much of the recrystallization which plagues textural studies of lower crustal rocks. The purpose of the study is to characterize melt generation, identify melting reactions, and to constrain melt formation, segregation and migration mechanisms. In parallel an experimental study was undertaken to investigate melt in the high grade meta pelitic rocks, to confirm melt composition, and to compare textures of the partial molten rock cores in the absence of deformation. Results show that a pegmatoidal melt is produced by partial melting of the pelitic rocks. This melt is highly mobile. It is capable of pervasive infiltration of the adjacent quartzite. Infiltration results in rounded quartz grains bordered by a thin feldspar rim. Using computed micro X-ray tomography these melt networks can be imaged. The infiltrated melt leads to rheological weakening and to a decompaction of the solid quartzite. Such decompaction can explain the recent discovery of abundant xenocrysts in many magmas, since it favors the isolation of mineral grains. Pervasive infiltration is apparently strongly influenced by melt viscosity and melt-crystal wetting behavior, both of which depend on the water content of melt and the temperature. In all experiments the first melt is produced on grain boundaries, dominantly by the local minerals. Grain scale heterogeneity of a melting rock leads thus to chemical concentration gradients in the melt, which are the driving force for initial melt migration. Pervasive melt films along grain boundaries leading to an interconnected network are immediately established. The initial chemical heterogeneities in the melt diminish with time. Résumé large public: La différenciation chimique de la Terre primitive est la conséquence de la fusion des roches et de la séparation des liquides qui en résultent. Aujourd'hui, la production de liquide magmatique est toujours le mécanisme dominant pour la croissance de la croûte terrestre. Ainsi la formation de la plupart des granites est un processus qui implique la production de magma par fusion partielle de la croûte inférieure, la migration de ces magmas à travers la croûte et finalement son emplacement dans les niveaux superficielle de la croûte terrestre. Au cours de cette évolution, les processus de fusion partielle et de ségrégation sont des étapes indispensables à l'ascension des granites à travers la croûte. Les conditions physico-chimiques nécessaires à la fusion partielle et à l'extraction de ces liquides sont complexes. C'est pourquoi des études détaillées des processus de fusion partielle sont cruciales pour la compréhension de ces mécanismes fondamentaux responsables de la stratification chimique de la Terre. Parmi ces études, les observations de terrain apportent notamment des informations déterminantes qui peuvent être comparées aux données expérimentales. Le travail de recherche présenté dans ce mémoire de thèse associe études de terrain et données expérimentales sur la fusion partielle des roches pélitiques de haut degré métamorphiques provenant de l'auréole de contact de Little Cottonwood (Utah, USA). Les roches du métamorphisme de contact sont idéales pour l'étude de la folination de liquide de fusion. En effet, la durée relativement courte de ce type d'événement métamorphique prévient en grande partie la recristallisation qui perturbe les études de texture des roches dans la croûte inférieure. Le but de cette étude est de caractériser la génération des liquides de fusion, d'identifier les réactions responsables de la fusion de ces roches et de contraindre la formation de ces liquides et leur mécanisme de ségrégation et de migration. Parallèlement, des travaux expérimentaux ont été entrepris pour reproduire la fusion partielle de ces roches en laboratoire. Cette étude a été effectuée dans le but de confirmer la composition chimique des liquides, et de comparer les textures obtenues en l'absence de déformation. Les résultats montrent qu'un liquide de fusion pegmatoïde est produit par fusion partielle des roches pélitiques. La grande mobilité de ce liquide permet une infiltration pénétrative dans les quarzites. Ces infiltrations se manifestent par des grains de quartz arrondis entourés par une fine bordure de feldspath. L'utilisation de la tomography à rayons X a permis d'obtenir des images de ce réseau de liquide de fusion. L'infiltration de liquide de fusion entraîne un affaiblissement de la rhéologie de la roche ainsi qu'une décompaction des quartzites massifs. Une telle décompaction peut expliquer la découverte récente d'abondants xénocristaux dans beaucoup de magmas, puisque elle favorise l'isolation des minéraux. L'infiltration pénétrative est apparemment fortement influencée par la viscosité du fluide de fusion et le comportement de la tension superficielle entre les cristaux et le liquide, les deux étant dépendant du contenu en eau dans le liquide de fusion et de la température. Dans toutes les expériences, le premier liquide est produit sur les bordures de grains, principalement par les minéraux locaux. L'hétérogénéité à l'échelle des grains d'une roche en fusion conduit donc à un gradient de concentration chimique dans le liquide, qui sert de moteur à l'initiation de la migration du liquide. Des fines couches de liquide de fusion le long de bordures de grains formant un réseau enchevêtré s'établit immédiatement. Les hétérogénéités chimiques initiales dans le liquide s'estompent avec le temps.

PIF3 is a repressor of chloroplast development.

The phytochrome-interacting factor PIF3 has been proposed to act as a positive regulator of chloroplast development. Here, we show that the pif3 mutant has a phenotype that is similar to the pif1 mutant, lacking the repressor of chloroplast development PIF1, and that a pif1pif3 double mutant has an additive phenotype in all respects. The pif mutants showed elevated protochlorophyllide levels in the dark, and etioplasts of pif mutants contained smaller prolamellar bodies and more prothylakoid membranes than corresponding wild-type seedlings, similar to previous reports of constitutive photomorphogenic mutants. Consistent with this observation, pif1, pif3, and pif1pif3 showed reduced hypocotyl elongation and increased cotyledon opening in the dark. Transfer of 4-d-old dark-grown seedlings to white light resulted in more chlorophyll synthesis in pif mutants over the first 2 h, and analysis of gene expression in dark-grown pif mutants indicated that key tetrapyrrole regulatory genes such as HEMA1 encoding the rate-limiting step in tetrapyrrole synthesis were already elevated 2 d after germination. Circadian regulation of HEMA1 in the dark also showed reduced amplitude and a shorter, variable period in the pif mutants, whereas expression of the core clock components TOC1, CCA1, and LHY was largely unaffected. Expression of both PIF1 and PIF3 was circadian regulated in dark-grown seedlings. PIF1 and PIF3 are proposed to be negative regulators that function to integrate light and circadian control in the regulation of chloroplast development.

MDCT Arthrography of the Hip: Value of the Adaptive Statistical Iterative Reconstruction Technique and Potential for Radiation Dose Reduction

Au cours des deux dernières décennies, la technique d'imagerie arthro-scanner a bénéficié de nombreux progrès technologiques et représente aujourd'hui une excellente alternative à l'imagerie par résonance magnétique (IRM) et / ou arthro-IRM dans l'évaluation des pathologies de la hanche. Cependant, elle reste limitée par l'exposition aux rayonnements ionisants importante. Les techniques de reconstruction itérative (IR) ont récemment été mis en oeuvre avec succès en imagerie ; la littérature montre que l'utilisation ces dernières contribue à réduire la dose d'environ 40 à 55%, comparativement aux protocoles courants utilisant la rétroprojection filtrée (FBP), en scanner de rachis. A notre connaissance, l'utilisation de techniques IR en arthro-scanner de hanche n'a pas été évaluée jusqu'à présent. Le but de notre étude était d'évaluer l'impact de la technique ASIR (GE Healthcare) sur la qualité de l'image objective et subjective en arthro-scanner de hanche, et d'évaluer son potentiel en terme de réduction de dose. Pour cela, trente sept patients examinés par arthro-scanner de hanche ont été randomisés en trois groupes : dose standard (CTDIvol = 38,4 mGy) et deux groupes de dose réduite (CTDIvol = 24,6 ou 15,4 mGy). Les images ont été reconstruites en rétroprojection filtrée (FBP) puis en appliquant différents pourcentages croissants d'ASIR (30, 50, 70 et 90%). Le bruit et le rapport contraste sur bruit (CNR) ont été mesurés. Deux radiologues spécialisés en imagerie musculo-squelettique ont évalué de manière indépendante la qualité de l'image au niveau de plusieurs structures anatomiques en utilisant une échelle de quatre grades. Ils ont également évalué les lésions labrales et du cartilage articulaire. Les résultats révèlent que le bruit augmente (p = 0,0009) et le CNR diminue (p = 0,001) de manière significative lorsque la dose diminue. A l'inverse, le bruit diminue (p = 0,0001) et le contraste sur bruit augmente (p < 0,003) de manière significative lorsque le pourcentage d'ASIR augmente ; on trouve également une augmentation significative des scores de la qualité de l'image pour le labrum, le cartilage, l'os sous-chondral, la qualité de l'image globale (au delà de ASIR 50%), ainsi que le bruit (p < 0,04), et une réduction significative pour l'os trabuculaire et les muscles (p < 0,03). Indépendamment du niveau de dose, il n'y a pas de différence significative pour la détection et la caractérisation des lésions labrales (n=24, p = 1) et des lésions cartilagineuses (n=40, p > 0,89) en fonction du pourcentage d'ASIR. Notre travail a permis de montrer que l'utilisation de plus de 50% d'ASIR permet de reduire de manière significative la dose d'irradiation reçue par le patient lors d'un arthro-scanner de hanche tout en maintenant une qualité d'image diagnostique comparable par rapport à un protocole de dose standard utilisant la rétroprojection filtrée.

Assessment of statistical iterative reconstructions to optimize CT examination protocols for children and young adults

La tomodensitométrie (CT) est une technique d'imagerie dont l'intérêt n'a cessé de croître depuis son apparition dans le début des années 70. Dans le domaine médical, son utilisation est incontournable à tel point que ce système d'imagerie pourrait être amené à devenir victime de son succès si son impact au niveau de l'exposition de la population ne fait pas l'objet d'une attention particulière. Bien évidemment, l'augmentation du nombre d'examens CT a permis d'améliorer la prise en charge des patients ou a rendu certaines procédures moins invasives. Toutefois, pour assurer que le compromis risque - bénéfice soit toujours en faveur du patient, il est nécessaire d'éviter de délivrer des doses non utiles au diagnostic.¦Si cette action est importante chez l'adulte elle doit être une priorité lorsque les examens se font chez l'enfant, en particulier lorsque l'on suit des pathologies qui nécessitent plusieurs examens CT au cours de la vie du patient. En effet, les enfants et jeunes adultes sont plus radiosensibles. De plus, leur espérance de vie étant supérieure à celle de l'adulte, ils présentent un risque accru de développer un cancer radio-induit dont la phase de latence peut être supérieure à vingt ans. Partant du principe que chaque examen radiologique est justifié, il devient dès lors nécessaire d'optimiser les protocoles d'acquisitions pour s'assurer que le patient ne soit pas irradié inutilement. L'avancée technologique au niveau du CT est très rapide et depuis 2009, de nouvelles techniques de reconstructions d'images, dites itératives, ont été introduites afin de réduire la dose et améliorer la qualité d'image.¦Le présent travail a pour objectif de déterminer le potentiel des reconstructions itératives statistiques pour réduire au minimum les doses délivrées lors d'examens CT chez l'enfant et le jeune adulte tout en conservant une qualité d'image permettant le diagnostic, ceci afin de proposer des protocoles optimisés.¦L'optimisation d'un protocole d'examen CT nécessite de pouvoir évaluer la dose délivrée et la qualité d'image utile au diagnostic. Alors que la dose est estimée au moyen d'indices CT (CTDIV0| et DLP), ce travail a la particularité d'utiliser deux approches radicalement différentes pour évaluer la qualité d'image. La première approche dite « physique », se base sur le calcul de métriques physiques (SD, MTF, NPS, etc.) mesurées dans des conditions bien définies, le plus souvent sur fantômes. Bien que cette démarche soit limitée car elle n'intègre pas la perception des radiologues, elle permet de caractériser de manière rapide et simple certaines propriétés d'une image. La seconde approche, dite « clinique », est basée sur l'évaluation de structures anatomiques (critères diagnostiques) présentes sur les images de patients. Des radiologues, impliqués dans l'étape d'évaluation, doivent qualifier la qualité des structures d'un point de vue diagnostique en utilisant une échelle de notation simple. Cette approche, lourde à mettre en place, a l'avantage d'être proche du travail du radiologue et peut être considérée comme méthode de référence.¦Parmi les principaux résultats de ce travail, il a été montré que les algorithmes itératifs statistiques étudiés en clinique (ASIR?, VEO?) ont un important potentiel pour réduire la dose au CT (jusqu'à-90%). Cependant, par leur fonctionnement, ils modifient l'apparence de l'image en entraînant un changement de texture qui pourrait affecter la qualité du diagnostic. En comparant les résultats fournis par les approches « clinique » et « physique », il a été montré que ce changement de texture se traduit par une modification du spectre fréquentiel du bruit dont l'analyse permet d'anticiper ou d'éviter une perte diagnostique. Ce travail montre également que l'intégration de ces nouvelles techniques de reconstruction en clinique ne peut se faire de manière simple sur la base de protocoles utilisant des reconstructions classiques. Les conclusions de ce travail ainsi que les outils développés pourront également guider de futures études dans le domaine de la qualité d'image, comme par exemple, l'analyse de textures ou la modélisation d'observateurs pour le CT.¦-¦Computed tomography (CT) is an imaging technique in which interest has been growing since it first began to be used in the early 1970s. In the clinical environment, this imaging system has emerged as the gold standard modality because of its high sensitivity in producing accurate diagnostic images. However, even if a direct benefit to patient healthcare is attributed to CT, the dramatic increase of the number of CT examinations performed has raised concerns about the potential negative effects of ionizing radiation on the population. To insure a benefit - risk that works in favor of a patient, it is important to balance image quality and dose in order to avoid unnecessary patient exposure.¦If this balance is important for adults, it should be an absolute priority for children undergoing CT examinations, especially for patients suffering from diseases requiring several follow-up examinations over the patient's lifetime. Indeed, children and young adults are more sensitive to ionizing radiation and have an extended life span in comparison to adults. For this population, the risk of developing cancer, whose latency period exceeds 20 years, is significantly higher than for adults. Assuming that each patient examination is justified, it then becomes a priority to optimize CT acquisition protocols in order to minimize the delivered dose to the patient. Over the past few years, CT advances have been developing at a rapid pace. Since 2009, new iterative image reconstruction techniques, called statistical iterative reconstructions, have been introduced in order to decrease patient exposure and improve image quality.¦The goal of the present work was to determine the potential of statistical iterative reconstructions to reduce dose as much as possible without compromising image quality and maintain diagnosis of children and young adult examinations.¦The optimization step requires the evaluation of the delivered dose and image quality useful to perform diagnosis. While the dose is estimated using CT indices (CTDIV0| and DLP), the particularity of this research was to use two radically different approaches to evaluate image quality. The first approach, called the "physical approach", computed physical metrics (SD, MTF, NPS, etc.) measured on phantoms in well-known conditions. Although this technique has some limitations because it does not take radiologist perspective into account, it enables the physical characterization of image properties in a simple and timely way. The second approach, called the "clinical approach", was based on the evaluation of anatomical structures (diagnostic criteria) present on patient images. Radiologists, involved in the assessment step, were asked to score image quality of structures for diagnostic purposes using a simple rating scale. This approach is relatively complicated to implement and also time-consuming. Nevertheless, it has the advantage of being very close to the practice of radiologists and is considered as a reference method.¦Primarily, this work revealed that the statistical iterative reconstructions studied in clinic (ASIR? and VECO have a strong potential to reduce CT dose (up to -90%). However, by their mechanisms, they lead to a modification of the image appearance with a change in image texture which may then effect the quality of the diagnosis. By comparing the results of the "clinical" and "physical" approach, it was showed that a change in texture is related to a modification of the noise spectrum bandwidth. The NPS analysis makes possible to anticipate or avoid a decrease in image quality. This project demonstrated that integrating these new statistical iterative reconstruction techniques can be complex and cannot be made on the basis of protocols using conventional reconstructions. The conclusions of this work and the image quality tools developed will be able to guide future studies in the field of image quality as texture analysis or model observers dedicated to CT.

Inversion of crosshole seismic data in heterogenous environments : Comparison of waveform and ray-based approaches

High-resolution tomographic imaging of the shallow subsurface is becoming increasingly important for a wide range of environmental, hydrological and engineering applications. Because of their superior resolution power, their sensitivity to pertinent petrophysical parameters, and their far reaching complementarities, both seismic and georadar crosshole imaging are of particular importance. To date, corresponding approaches have largely relied on asymptotic, ray-based approaches, which only account for a very small part of the observed wavefields, inherently suffer from a limited resolution, and in complex environments may prove to be inadequate. These problems can potentially be alleviated through waveform inversion. We have developed an acoustic waveform inversion approach for crosshole seismic data whose kernel is based on a finite-difference time-domain (FDTD) solution of the 2-D acoustic wave equations. This algorithm is tested on and applied to synthetic data from seismic velocity models of increasing complexity and realism and the results are compared to those obtained using state-of-the-art ray-based traveltime tomography. Regardless of the heterogeneity of the underlying models, the waveform inversion approach has the potential of reliably resolving both the geometry and the acoustic properties of features of the size of less than half a dominant wavelength. Our results do, however, also indicate that, within their inherent resolution limits, ray-based approaches provide an effective and efficient means to obtain satisfactory tomographic reconstructions of the seismic velocity structure in the presence of mild to moderate heterogeneity and in absence of strong scattering. Conversely, the excess effort of waveform inversion provides the greatest benefits for the most heterogeneous, and arguably most realistic, environments where multiple scattering effects tend to be prevalent and ray-based methods lose most of their effectiveness.

The Effect Of Induced Intraocular Straylight (cataract Simulation) On Sensitivity Measures Of Standard Automated Perimetry, Pulsar Perimetry And Moorfields Motion Displacement Test

Purpose: To investigate the effect of incremental increases in intraocular straylight on threshold measurements made by three modern forms of perimetry: Standard Automated Perimetry (SAP) using Octopus (Dynamic, G-Pattern), Pulsar Perimetry (PP) (TOP, 66 points) and the Moorfields Motion Displacement Test (MDT) (WEBS, 32 points).Methods: Four healthy young observers were recruited (mean age 26yrs [25yrs, 28yrs]), refractive correction [+2 D, -4.25D]). Five white opacity filters (WOF), each scattering light by different amounts were used to create incremental increases in intraocular straylight (IS). Resultant IS values were measured with each WOF and at baseline (no WOF) for each subject using a C-Quant Straylight Meter (Oculus, Wetzlar, Germany). A 25 yr old has an IS value of ~0.85 log(s). An increase of 40% in IS to 1.2log(s) corresponds to the physiological value of a 70yr old. Each WOFs created an increase in IS between 10-150% from baseline, ranging from effects similar to normal aging to those found with considerable cataract. Each subject underwent 6 test sessions over a 2-week period; each session consisted of the 3 perimetric tests using one of the five WOFs and baseline (both instrument and filter were randomised).Results: The reduction in sensitivity from baseline was calculated. A two-way ANOVA on mean change in threshold (where subjects were treated as rows in the block and each increment in fog filters was treated as column) was used to examine the effect of incremental increases in straylight. Both SAP (p<0.001) and Pulsar (p<0.001) were significantly affected by increases in straylight. The MDT (p=0.35) remained comparatively robust to increases in straylight.Conclusions: The Moorfields MDT measurement of threshold is robust to effects of additional straylight as compared to SAP and PP.

Evolutionary history and its relevance in understanding and conserving southern African biodiversity

Abstract : Understanding how biodiversity is distributed is central to any conservation effort and has traditionally been based on niche modeling and the causal relationship between spatial distribution of organisms and their environment. More recently, the study of species' evolutionary history and relatedness has permeated the fields of ecology and conservation and, coupled with spatial predictions, provides useful insights to the origin of current biodiversity patterns, community structuring and potential vulnerability to extinction. This thesis explores several key ecological questions by combining the fields of niche modeling and phylogenetics and using important components of southern African biodiversity. The aims of this thesis are to provide comparisons of biodiversity measures, to assess how climate change will affect evolutionary history loss, to ask whether there is a clear link between evolutionary history and morphology and to investigate the potential role of relatedness in macro-climatic niche structuring. The first part of my thesis provides a fine scale comparison and spatial overlap quantification of species richness and phylogenetic diversity predictions for one of the most diverse plant families in the Cape Floristic Region (CFR), the Proteaceae. In several of the measures used, patterns do not match sufficiently to argue that species relatedness information is implicit in species richness patterns. The second part of my thesis predicts how climate change may affect threat and potential extinction of southern African animal and plant taxa. I compare present and future niche models to assess whether predicted species extinction will result in higher or lower V phylogenetic diversity survival than what would be experienced under random extinction processes. l find that predicted extinction will result in lower phylogenetic diversity survival but that this non-random pattern will be detected only after a substantial proportion of the taxa in each group has been lost. The third part of my thesis explores the relationship between phylogenetic and morphological distance in southern African bats to assess whether long evolutionary histories correspond to equally high levels of morphological variation, as predicted by a neutral model of character evolution. I find no such evidence; on the contrary weak negative trends are detected for this group, as well as in simulations of both neutral and convergent character evolution. Finally, I ask whether spatial and climatic niche occupancy in southern African bats is influenced by evolutionary history or not. I relate divergence time between species pairs to climatic niche and range overlap and find no evidence for clear phylogenetic structuring. I argue that this may be due to particularly high levels of micro-niche partitioning. Résumé : Comprendre la distribution de la biodiversité représente un enjeu majeur pour la conservation de la nature. Les analyses se basent le plus souvent sur la modélisation de la niche écologique à travers l'étude des relations causales entre la distribution spatiale des organismes et leur environnement. Depuis peu, l'étude de l'histoire évolutive des organismes est également utilisée dans les domaines de l'écologie et de la conservation. En combinaison avec la modélisation de la distribution spatiale des organismes, cette nouvelle approche fournit des informations pertinentes pour mieux comprendre l'origine des patterns de biodiversité actuels, de la structuration des communautés et des risques potentiels d'extinction. Cette thèse explore plusieurs grandes questions écologiques, en combinant les domaines de la modélisation de la niche et de la phylogénétique. Elle s'applique aux composants importants de la biodiversité de l'Afrique australe. Les objectifs de cette thèse ont été l) de comparer différentes mesures de la biodiversité, 2) d'évaluer l'impact des changements climatiques à venir sur la perte de diversité phylogénétique, 3) d'analyser le lien potentiel entre diversité phylogénétique et diversité morphologique et 4) d'étudier le rôle potentiel de la phylogénie sur la structuration des niches macro-climatiques des espèces. La première partie de cette thèse fournit une comparaison spatiale, et une quantification du chevauchement, entre des prévisions de richesse spécifique et des prédictions de la diversité phylogénétique pour l'une des familles de plantes les plus riches en espèces de la région floristique du Cap (CFR), les Proteaceae. Il résulte des analyses que plusieurs mesures de diversité phylogénétique montraient des distributions spatiales différentes de la richesse spécifique, habituellement utilisée pour édicter des mesures de conservation. La deuxième partie évalue les effets potentiels des changements climatiques attendus sur les taux d'extinction d'animaux et de plantes de l'Afrique australe. Pour cela, des modèles de distribution d'espèces actuels et futurs ont permis de déterminer si l'extinction des espèces se traduira par une plus grande ou une plus petite perte de diversité phylogénétique en comparaison à un processus d'extinction aléatoire. Les résultats ont effectivement montré que l'extinction des espèces liées aux changements climatiques pourrait entraîner une perte plus grande de diversité phylogénétique. Cependant, cette perte ne serait plus grande que celle liée à un processus d'extinction aléatoire qu'à partir d'une forte perte de taxons dans chaque groupe. La troisième partie de cette thèse explore la relation entre distances phylogénétiques et morphologiques d'espèces de chauves-souris de l'Afrique australe. ll s'agit plus précisément de déterminer si une longue histoire évolutive correspond également à des variations morphologiques plus grandes dans ce groupe. Cette relation est en fait prédite par un modèle neutre d'évolution de caractères. Aucune évidence de cette relation n'a émergé des analyses. Au contraire, des tendances négatives ont été détectées, ce qui représenterait la conséquence d'une évolution convergente entre clades et des niveaux élevés de cloisonnement pour chaque clade. Enfin, la dernière partie présente une étude sur la répartition de la niche climatique des chauves-souris de l'Afrique australe. Dans cette étude je rapporte temps de divergence évolutive (ou deux espèces ont divergé depuis un ancêtre commun) au niveau de chevauchement de leurs niches climatiques. Les résultats n'ont pas pu mettre en évidence de lien entre ces deux paramètres. Les résultats soutiennent plutôt l'idée que cela pourrait être I dû à des niveaux particulièrement élevés de répartition de la niche à échelle fine.

Asymmetry of Functional Connectivity in Schizophrenia at Different Spatial Scales

Introduction: The interhemispheric asymmetries that originate from connectivity-related structuring of the cerebral cortex are compromised in schizophrenia (SZ). Recently, we have revealed the whole-head topography of EEG synchronization in SZ (Jalili et al. 2007; Knyazeva et al. 2008). Here we extended the analysis to assess the abnormality in the asymmetry of synchronization, which is further motivated by the evidence that the interhemispheric asymmetries suspected to be abnormal in SZ originate from the connectivity-related structuring of the cortex. Methods: Thirteen right-handed SZ patients and thirteen matched controls, participated in this study and the multichannel (128) EEGs were recorded for 3-5 minutes at rest. Then, Laplacian EEG (LEEG) were calculated using a 2-D spline. The LEEGs were analysis through calculating the power spectral density using Welch's average periodogram method. Furthermore, using a state-space based multivariate synchronization measure, S-estimator, we analyzed the correlate of the functional cortico-cortical connectivity in SZ patients compared to the controls. The values of S-estimator were obtained at three different special scales: first-order neighbors for each sensor location, second-order neighbors, and the whole hemisphere. The synchronization measures based on LEEG of alpha and beta bands were applied and tuned to various spatial scales including local, intraregional, and long-distance levels. To assess the between-group differences, we used a permutation version of Hotelling's T2 test. For correlation analysis, Spearman Rank Correlation was calculated. Results: Compared to the controls, who had rightward asymmetry at a local level (LEEG power), rightward anterior and leftward posterior asymmetries at an intraregional level (first- and second-order S-estimator), and rightward global asymmetry (hemispheric S-estimator), SZ patients showed generally attenuated asymmetry, the effect being strongest for intraregional synchronization. This deviation in asymmetry across the anterior-to-posterior axis is consistent with the cerebral form of the so-called Yakovlevian or anticlockwise cerebral torque. Moreover, the negative occipital and positive frontal asymmetry values suggest higher regional synchronization among the left occipital and the right frontal locations relative to their symmetrical counterparts. Correlation analysis linked the posterior intraregional and hemispheric abnormalities to the negative SZ symptoms, whereas the asymmetry of LEEG power appeared to be weakly coupled to clinical ratings. The posterior intraregional abnormalities of asymmetry were shown to increase with the duration of the disease. The tentative links between these findings and gross anatomical asymmetries, including the cerebral torque and gyrification pattern in normal subjects and SZ patients, are discussed. Conclusions: Overall, our findings reveal the abnormalities in the synchronization asymmetry in SZ patients and heavy involvement of the right hemisphere in these abnormalities. These results indicate that anomalous asymmetry of cortico-cortical connections in schizophrenia is amenable to electrophysiological analysis.

Reverse transcriptase-dependent and -independent phases of infection with mouse mammary tumor virus: implications for superantigen function.

Mouse mammary tumor virus (MMTV) encodes a superantigen (SAg) that promotes stable infection and virus transmission. Upon subcutaneous MMTV injection, infected B cells present SAg to SAg-reactive T cells leading to a strong local immune response in the draining lymph node (LN) that peaks after 6 d. We have used the reverse transcriptase inhibitor 3'-azido-3'-deoxythymidine (AZT) to dissect in more detail the mechanism of SAg-dependent enhancement of MMTV infection in this system. Our data show that no detectable B or T cell response to SAg occurs in AZT pretreated mice. However, if AZT treatment is delayed 1-2 d after MMTV injection, a normal SAg-dependent local immune response is observed on day 6. Quantitation of viral DNA in draining LN of these infected mice indicates that a 4,000-fold increase in the absolute numbers of infected cells occurs between days 2 and 6 despite the presence of AZT. Furthermore MMTV DNA was found preferentially in surface IgG+ B cells of infected mice and was not detectable in SAg-reactive T cells. Collectively our data suggest that MMTV infection occurs preferentially in B cells without SAg involvement and is completed 1-2 d after virus challenge. Subsequent amplification of MMTV infection between days 2 and 6 requires SAg expression and occurs in the absence of any further requirement for reverse transcription. We therefore conclude that clonal expansion of infected B cells via cognate interaction with SAg-reactive T cells is the predominant mechanism for increasing the level of MMTV infection. Since infected B cells display a memory (surface IgG+) phenotype, both clonal expansion and possibly longevity of the virus carrier cells may contribute to stable MMTV infection.

Heel and toe clearance estimation for gait analysis using wireless inertial sensors.

Tripping is considered a major cause of fall in older people. Therefore, foot clearance (i.e., height of the foot above ground during swing phase) could be a key factor to better understand the complex relationship between gait and falls. This paper presents a new method to estimate clearance using a foot-worn and wireless inertial sensor system. The method relies on the computation of foot orientation and trajectory from sensors signal data fusion, combined with the temporal detection of toe-off and heel-strike events. Based on a kinematic model that automatically estimates sensor position relative to the foot, heel and toe trajectories are estimated. 2-D and 3-D models are presented with different solving approaches, and validated against an optical motion capture system on 12 healthy adults performing short walking trials at self-selected, slow, and fast speed. Parameters corresponding to local minimum and maximum of heel and toe clearance were extracted and showed accuracy ± precision of 4.1 ± 2.3 cm for maximal heel clearance and 1.3 ± 0.9 cm for minimal toe clearance compared to the reference. The system is lightweight, wireless, easy to wear and to use, and provide a new and useful tool for routine clinical assessment of gait outside a dedicated laboratory.

Carrière sportive et socialisation secondaire en cyclisme sur route : les cas de la Belgique, la France et la Suisse. Rapport de fin de recherche financé par l'Agence Mondiale Antidopage

Le projet s'intéresse aux socialisations des jeunes cyclistes sur route dans la phase de la carrière où ils deviennent des espoirs nationaux. Pour certains, cela correspond au passage d'une structure sportive amateur de haut niveau vers une équipe professionnelle. Cette phase semble constituer un moment clé de la consommation de produits dopants. Ces espoirs sont exposés à un nouvel environnement et une nouvelle logique professionnelle s'impose à eux, avec ses espoirs de carrière et de profits et ses risques. Ils sont confrontés à de nouveaux groupes sociaux avec lesquels s'établit un système d'interactions. Avec le temps, ces groupes vont notamment inculquer aux jeunes coureurs de nouvelles normes en matière de santé, de fatigue, d'expériences, d'éthique et d'entraînement.Il s'agit plus particulièrement d'observer les modes de socialisation des jeunes espoirs du cyclisme pour comprendre comment s'immiscent les pratiques de dopage dans les biographies des sportifs. Dans une optique de prévention, ce travail se propose d'étudier les effets de la socialisation. Comme le souligne H. Becker (1985), la déviance est le fruit d'un acte collectif. Il s'agit alors de comprendre comment, au contact de divers groupes encadrants (pairs, entraîneurs, dirigeants, médecins), les savoir-faire mais aussi les normes, les valeurs se construisent au cours de la phase de socialisation professionnelle. Il est important de comprendre les effets des interactions entre ces groupes et le jeune espoir. Cette socialisation semble correspondre à l'inculcation d'une culture cycliste qu'il s'agira de décrire en prenant en compte deux formes de transmission des normes : une explicite, à certains moments de la journée, où sont abordées les techniques de course, les tactiques, les modes d'entraînement et une implicite, pendant laquelle sont diffusées des valeurs qui conduisent le sportif à faire le choix du dopage. Dans le cas du dopage, nous nous intéresserons notamment aux normes de santé, d'éthique, aux conceptions de la pratique sportive en adéquation avec le suivi médical pendant la phase amateur puis néo-professionnelle. La formation, ou transformation, de ces représentations sera appréhendée à travers les interactions entre coureurs et encadrement lors des différents moments de leur quotidien. Il s'agira également d'étudier le cadre social de ces interactions. A partir des récits de vie collectés, nous essayerons de déterminer les moments où les choix s'opèrent et nous y analyserons les conduites.L'acquisition des représentations associées au dopage est le produit du double mouvement de l'action sociale des individus et des effets des structures organisationnelles et institutionnelles. En conséquence, nous nous intéresserons également à l'influence des différents dispositifs tels que la famille, l'école, le club, la structure médicale, la fédération nationale, sur les représentations des coureurs.Cette étude reposera sur une analyse comparée des cyclistes belges, français et suisses. Les carrières seront analysées à partir d'entretiens semi-directifs (75) auprès de (1) jeunes athlètes (18-23 ans) qui vivent les phases de professionnalisation, (2) d'anciens cyclistes ayant vécu les normes de socialisation du milieu et (3) des acteurs clefs de l'organisation des différents dispositifs (entraîneurs, dirigeants, médecins). Notre démarche méthodologique s'adosse à celles déjà expérimentées dans des travaux antérieurs (notamment, Brissonneau, 2003).