Trait decoupling promotes evolutionary diversification of the trophic and acoustic system of damselfishes.

Trait decoupling, wherein evolutionary release of constraints permits specialization of formerly integrated structures, represents a major conceptual framework for interpreting patterns of organismal diversity. However, few empirical tests of this hypothesis exist. A central prediction, that the tempo of morphological evolution and ecological diversification should increase following decoupling events, remains inadequately tested. In damselfishes (Pomacentridae), a ceratomandibular ligament links the hyoid bar and lower jaws, coupling two main morphofunctional units directly involved in both feeding and sound production. Here, we test the decoupling hypothesis by examining the evolutionary consequences of the loss of the ceratomandibular ligament in multiple damselfish lineages. As predicted, we find that rates of morphological evolution of trophic structures increased following the loss of the ligament. However, this increase in evolutionary rate is not associated with an increase in trophic breadth, but rather with morphofunctional specialization for the capture of zooplanktonic prey. Lineages lacking the ceratomandibular ligament also shows different acoustic signals (i.e. higher variation of pulse periods) from others, resulting in an increase of the acoustic diversity across the family. Our results support the idea that trait decoupling can increase morphological and behavioural diversity through increased specialization rather than the generation of novel ecotypes.

Controlled nerve growth factor release from multi-ply alginate/chitosan-based nerve conduits.

The delivery kinetics of growth factors has been suggested to play an important role in the regeneration of peripheral nerves following axotomy. In this context, we designed a nerve conduit (NC) with adjustable release kinetics of nerve growth factor (NGF). A multi-ply system was designed where NC consisting of a polyelectrolyte alginate/chitosan complex was coated with layers of poly(lactide-co-glycolide) (PLGA) to control the release of embedded NGF. Prior to assessing the in vitro NGF release from NC, various release test media, with and without stabilizers for NGF, were evaluated to ensure adequate quantification of NGF by ELISA. Citrate (pH 5.0) and acetate (pH 5.5) buffered saline solutions containing 0.05% Tween 20 yielded the most reliable results for ELISA active NGF. The in vitro release experiments revealed that the best results in terms of reproducibility and release control were achieved when the NGF was embedded between two PLGA layers and the ends of the NC tightly sealed by the PLGA coatings. The release kinetics could be efficiently adjusted by accommodating NGF at different radial locations within the NC. A sustained release of bioactive NGF in the low nanogram per day range was obtained for at least 15days. In conclusion, the developed multi-ply NGF loaded NC is considered a suitable candidate for future implantation studies to gain insight into the relationship between local growth factor availability and nerve regeneration.

An Automatic Approach for Learning and Tuning Gaussian Interval Type-2 Fuzzy Membership Functions Applied to Lung CAD Classification System

The potential of type-2 fuzzy sets for managing high levels of uncertainty in the subjective knowledge of experts or of numerical information has focused on control and pattern classification systems in recent years. One of the main challenges in designing a type-2 fuzzy logic system is how to estimate the parameters of type-2 fuzzy membership function (T2MF) and the Footprint of Uncertainty (FOU) from imperfect and noisy datasets. This paper presents an automatic approach for learning and tuning Gaussian interval type-2 membership functions (IT2MFs) with application to multi-dimensional pattern classification problems. T2MFs and their FOUs are tuned according to the uncertainties in the training dataset by a combination of genetic algorithm (GA) and crossvalidation techniques. In our GA-based approach, the structure of the chromosome has fewer genes than other GA methods and chromosome initialization is more precise. The proposed approach addresses the application of the interval type-2 fuzzy logic system (IT2FLS) for the problem of nodule classification in a lung Computer Aided Detection (CAD) system. The designed IT2FLS is compared with its type-1 fuzzy logic system (T1FLS) counterpart. The results demonstrate that the IT2FLS outperforms the T1FLS by more than 30% in terms of classification accuracy.

A pseudo-spectral method for the simulation of poro-elastic seismic wave propagation in 2D polar coordinates using domain decomposition

We present a novel numerical approach for the comprehensive, flexible, and accurate simulation of poro-elastic wave propagation in 2D polar coordinates. An important application of this method and its extensions will be the modeling of complex seismic wave phenomena in fluid-filled boreholes, which represents a major, and as of yet largely unresolved, computational problem in exploration geophysics. In view of this, we consider a numerical mesh, which can be arbitrarily heterogeneous, consisting of two or more concentric rings representing the fluid in the center and the surrounding porous medium. The spatial discretization is based on a Chebyshev expansion in the radial direction and a Fourier expansion in the azimuthal direction and a Runge-Kutta integration scheme for the time evolution. A domain decomposition method is used to match the fluid-solid boundary conditions based on the method of characteristics. This multi-domain approach allows for significant reductions of the number of grid points in the azimuthal direction for the inner grid domain and thus for corresponding increases of the time step and enhancements of computational efficiency. The viability and accuracy of the proposed method has been rigorously tested and verified through comparisons with analytical solutions as well as with the results obtained with a corresponding, previously published, and independently bench-marked solution for 2D Cartesian coordinates. Finally, the proposed numerical solution also satisfies the reciprocity theorem, which indicates that the inherent singularity associated with the origin of the polar coordinate system is adequately handled.

Multi-phase postmortem CT angiography: recognizing technique-related artefacts and pitfalls.

BACKGROUND AND PURPOSE: Multi-phase postmortem CT angiography (MPMCTA) is increasingly being recognized as a valuable adjunct medicolegal tool to explore the vascular system. Adequate interpretation, however, requires knowledge about the most common technique-related artefacts. The purpose of this study was to identify and index the possible artefacts related to MPMCTA. MATERIAL AND METHODS: An experienced radiologist blinded to all clinical and forensic data retrospectively reviewed 49 MPMCTAs. Each angiographic phase, i.e. arterial, venous and dynamic, was analysed separately to identify phase-specific artefacts based on location and aspect. RESULTS: Incomplete contrast filling of the cerebral venous system was the most commonly encountered artefact, followed by contrast agent layering in the lumen of the thoracic aorta. Enhancement or so-called oedematization of the digestive system mucosa was also frequently observed. CONCLUSION: All MPMCTA artefacts observed and described here are reproducible and easily identifiable. Knowledge about these artefacts is important to avoid misinterpreting them as pathological findings.

Assessment of speed of human locomotion using a differential satellite global positioning system.

PURPOSE: The objective was to explore whether a satellite-based navigation system, global positioning system used in differential mode (DGPS), could accurately assess the speed of running in humans. METHODS: A subject was equipped with a portable GPS receptor coupled to a receiver for differential corrections, while running outdoors on a straight asphalt road at 27 different speeds. Actual speed (reference method) was assessed by chronometry. RESULTS: The accuracy of speed prediction had a standard deviation (SD) of 0.08 km x h(-1) for walking, 0.11 km x h(-1) for running, yielding a coefficient of variation (SD/mean) of 1.38% and 0.82%, respectively. There was a highly significant linear relationship between actual and DGPS speed assessment (r2 = 0.999) with little bias in the prediction equation, because the slope of the regression line was close to unity (0.997). CONCLUSION: the DGPS technique appears to be a valid and inconspicuous tool for "on line" monitoring of the speed of displacement of individuals located on any field on earth, for prolonged periods of time and unlimited distance, but only in specific environmental conditions ("open sky"). Furthermore, the accuracy of speed assessment using the differential GPS mode was improved by a factor of 10 as compared to non-differential GPS.

Correlates of frailty, prediction of functional decline and preventative approaches - selected results from the lausanne cohort 65+ (lc65+) study (Switzerland) (Lausanne) and the longitudinal urban cohort ageing study (Lucas) (Germany)

Overall introduction.- Longitudinal studies have been designed to investigate prospectively, from their beginning, the pathway leading from health to frailty and to disability. Knowledge about determinants of healthy ageing and health behaviour (resources) as well as risks of functional decline is required to propose appropriate preventative interventions. The functional status in older people is important considering clinical outcome in general, healthcare need and mortality. Part I.- Results and interventions from lucas (longitudinal urban cohort ageing study). Authors.- J. Anders, U. Dapp, L. Neumann, F. Pröfener, C. Minder, S. Golgert, A. Daubmann, K. Wegscheider,. W. von Renteln-Kruse Methods.- The LUCAS core project is a longitudinal cohort of urban community-dwelling people 60 years and older, recruited in 2000/2001. Further LUCAS projects are cross-sectional comparative and interventional studies (RCT). Results.- The emphasis will be on geriatric medical care in a population-based approach, discussing different forms of access, too. (Dapp et al. BMC Geriatrics 2012, 12:35; http://www.biomedcentral.com/1471-2318/12/35): - longitudinal data from the LUCAS urban cohort (n = 3.326) will be presented covering 10 years of observation, including the prediction of functional decline, need of nursing care, and mortality by using a self-filling screening tool; - interventions to prevent functional decline do focus on first (pre-clinical) signs of pre-frailty before entering the frailty-cascade ("Active Health Promotion in Old Age", "geriatric mobility centre") or disability ("home visits"). Conclusions.- The LUCAS research consortium was established to study particular aspects of functional competence, its changes with ageing, to detect pre-clinical signs of functional decline, and to address questions on how to maintain functional competence and to prevent adverse outcome in different settings. The multidimensional data base allows the exploration of several further questions. Gait performance was exmined by GAITRite®-System. Supported by the Federal Ministry for Education and Research (BMBF Funding No. 01ET1002A). Part II.- Selected results from the lausanne cohort 65+ (Lc65 + ) Study (Switzerland). Authors.- Prof Santos-Eggimann Brigitte, Dr Seematter-Bagnoud Laurence, Prof Büla Christophe, Dr Rochat Stéphane. Methods.- The Lc65+ cohort was launched in 2004 with the random selection of 3054 eligible individuals aged 65 to 70 (birth year 1934-1938) in the non-institutionalized population of Lausanne (Switzerland). Results.- Information is collected about life course social and health-related events, socio-economics, medical and psychosocial dimensions, lifestyle habits, limitations in activities of daily living, mobility impairments, and falls. Gait performance are objectively measured using body-fixed sensors. Frailty is assessed using Fried's frailty phenotype. Follow-up consists in annual self-completed questionnaires, as well as physical examination and physical and mental performance tests every three years. - Lausanne cohort 65+ (Lc65 + ): design and longitudinal outcomes. The baseline data collection was completed among 1422 participants in 2004-2005 through self-completed questionnaires, face-to-face interviews, physical examination and tests of mental and physical performances. Information about institutionalization, self-reported health services utilization, and death is also assessed. An additional random sample (n = 1525) of 65-70 years old subjects was recruited in 2009 (birth year 1939-1943). - lecture no 4: alcohol intake and gait parameters: prevalent and longitudinal association in the Lc65+ study. The association between alcohol intake and gait performance was investigated.

Molecular evolution of the Drosophila olfactory system

The olfactory system is an attractive model to study the genetic mechanisms underlying evolution of the nervous system. This sensory system mediates the detection and behavioural responses to an enormous diversity of volatile chemicals in the environment and displays rapid evolution, as species acquire, modify and discard olfactory receptors and circuits to adapt to new olfactory stimuli. Drosophilids provide an attractive model to study these processes. The availability of 12 sequenced genomes of Drosophila species occupying diverse ecological niches provides a rich resource for genomic analyses. Moreover, one of these species, Drosophila melanogaster, is amenable to a powerful combination of genetic and electrophysiological analyses. D. melanogaster has two distinct families of olfactory receptors to detect odours, the well-characterised Odorant Receptors (ORs) and the recently identified lonotropic Receptors (IRs). In my thesis, I have provided new insights into the genetic mechanisms underlying olfactory system evolution through three distinct, but interrelated projects. First, I performed a comparative genomic analysis of the IR repertoire in 12 sequenced Drosophila species, which has revealed that the olfactory IRs are highly conserved across species. By contrast, a large fraction of IRs that are not expressed in the olfactory system - and which may be gustatory receptors - are much more variable in sequence and gene copy number. Second, to identify ligands for IR expressing olfactory sensory neurons, I have performed an electrophysiological screen in D. melanogaster using a panel of over 160 odours. I found that the IRs respond to a number of amines, aldehydes and acids, contrasting with the chemical specificity of the OR repertoire, which is mainly tuned to esters, alcohols and ketones. Finally, the identification of ligands for IRs in this species allowed me to investigate in detail the molecular and functional evolution of a tandem array of IRs, IR75a/IR75b/IR75c, in D. sechellia. This species is endemic to the Seychelles archipelago and highly specialised to breed on the fruits of Morinda citrifolia, which is repulsive and toxic for other Drosophila species. These studies led me to discover that receptor loss, changes in receptor specificity and changes in receptor expression have likely played an important role during the evolution of these IRs in D. sechellia. These changes may explain, in part, the unique chemical ecology of this species. - Le système olfactif est un excellent modèle pour étudier les mécanismes génétiques impliqués dans l'étude de l'évolution du système nerveux. Ce système sensoriel permet la détection de nombreux composés volatils présents dans l'environnement et est à la base des réponses comportementales. Il est propre à chaque espèce et évolue rapidement en modifiant ou en éliminant des récepteurs et leurs circuits olfactifs correspondants pour s'adapter à de nouvelles odeurs. Pour étudier le système olfactif et son évolution, nous avons décidé d'utiliser la drosophile comme modèle. Le séquençage complet de 12 souches de drosophiles habitant différentes niches écologiques permet une analyse génomique conséquente. De plus, l'une de ces espèces Drosophila melanogaster permet la combinaison d'analyses génétiques et électrophysiologiques. En effet, D. melanogaster possède 2 familles distinctes de récepteurs olfactifs qui permettent la détection d'odeurs: les récepteurs olfactifs (ORs) étant les mieux caractérisés et les récepteurs ionotropiques (IRs), plus récemment identifiés. Au cours de ma thèse, j'ai apporté des nouvelles connaissances qui m'ont permis de mieux comprendre les mécanismes génétiques à la base de l'évolution du système olfactif au travers de trois projets différents, mais interdépendants. Premièrement, j'ai réalisé une analyse génomique comparative de l'ensemble des IRs dans les 12 souches de drosophiles séquencées jusqu'à présent. Ceci a montré que les récepteurs olfactifs IRs sont hautement conservés parmi l'ensemble de ces espèces. Au contraire, une grande partie des IRs qui ne sont pas exprimés dans le système olfactif, et qui semblent être des récepteurs gustatifs, sont beaucoup plus variables dans leur séquence et dans le nombre de copie de gènes. Deuxièmement, pour identifier les ligands des récepteurs IRs exprimés par les neurones sensoriels olfactifs, j'ai réalisé une étude électrophysiologique chez D. melanogaster e η testant l'effet de plus de 160 composés chimiques sur les IRs. J'ai trouvé que les IRs répondent à un nombre d'amines, d'aldéhydes et d'acides, contrairement aux récepteurs olfactifs ORs qui eux répondent principalement aux esthers, alcools et cétones. Finalement, l'identification de ligands pour les IRs dans ces espèces m'a permis d'étudier en détail l'évolution fonctionnelle et moléculaire des IR75a/IR75b/IR75c dans D. sechellia. Cette espèce est endémique de l'archipel des Seychelles et se nourrit spécifiquement du fruit Morinda citrifolia qui est répulsif et toxique pour d'autres souches de drosophiles. Ces études m'ont poussé à découvrir que, la perte de IR75a, le changement dans la spécificité de IR75b ainsi que le changement dans l'expression de IR75c ont probablement joué un rôle important dans l'évolution des IRs chez D. sechellia. Ces changements peuvent expliquer, en partie, l'écologie chimique propre à cette espèce. Résumé français large public Le système olfactif permet aux animaux de détecter des milliers de molécules odorantes, les aidant ainsi à trouver de la nourriture, à distinguer si elle est fraîche ou avariée, à trouver des partenaires sexuels, ainsi qu'à éviter les prédateurs. Selon l'environnement et le mode de vie des espèces, le système olfactif doit détecter des odeurs très diverses ; en effet, un moustique qui recherche du sang humain pour se nourrir doit détecter des odeurs bien différentes d'une abeille qui recherche des fleurs. Dans ma thèse, j'ai essayé de comprendre comment les systèmes olfactifs d'une espèce évoluent pour s'adapter aux exigences induites par son environnement. Un très bon modèle pour étudier cela est la drosophile dont les différentes espèces se nichent dans des habitats très divers. Pour ce faire, j'ai étudié les récepteurs olfactifs de différentes espèces de la drosophile. Ces récepteurs sont des protéines qui se lient à des odeurs spécifiques. Lorsqu'ils se lient, ils activent un neurone qui envoie un signal électrique au cerveau. Ce signal est ensuite traité par ce dernier qui indique à la mouche si l'odeur est attractive ou répulsive. J'ai identifié les récepteurs olfactifs de plusieurs espèces de drosophile et étudié s'il y avait des différences entre elles. La plupart des récepteurs sont similaires entre les espèces, cependant dans l'une d'entre elles, certains récepteurs sont différents. Ce fait est particulièrement intéressant car cette espèce de drosophile se nourrit de fruits que les autres espèces n'apprécient pas. Comme nous ne savons pas quels récepteurs se lient à quelles odeurs, j'ai testé un grand nombre de composants odorants. Ceci m'a permis de constater que, effectivement, certains changements produits dans ces récepteurs expliquent pourquoi cette espèce aime particulièrement ces fruits. En outre, mes résultats contribuent à mieux comprendre les changements génétiques qui sont impliqués dans l'évolution du système olfactif.

Validated prediction of clinical outcome in sarcomas and multiple types of cancer on the basis of a gene expression signature related to genome complexity.

Sarcomas are heterogeneous and aggressive mesenchymal tumors. Histological grading has so far been the best predictor for metastasis-free survival, but it has several limitations, such as moderate reproducibility and poor prognostic value for some histological types. To improve patient grading, we performed genomic and expression profiling in a training set of 183 sarcomas and established a prognostic gene expression signature, complexity index in sarcomas (CINSARC), composed of 67 genes related to mitosis and chromosome management. In a multivariate analysis, CINSARC predicts metastasis outcome in the training set and in an independent 127 sarcomas validation set. It is superior to the Fédération Francaise des Centres de Lutte Contre le Cancer grading system in determining metastatic outcome for sarcoma patients. Furthermore, it also predicts outcome for gastrointestinal stromal tumors (GISTs), breast carcinomas and lymphomas. Application of the signature will permit more selective use of adjuvant therapies for people with sarcomas, leading to decreased iatrogenic morbidity and improved outcomes for such individuals.

Prediction of difficult intubation with advanced face recognition techniques: a preliminary study

Introduction: Difficult tracheal intubation remains a constant and significant source of morbidity and mortality in anaesthetic practice. Insufficient airway assessment in the preoperative period continues to be a major cause of unanticipated difficult intubation. Although many risk factors have already been identified, preoperative airway evaluation is not always regarded as a standard procedure and the respective weight of each risk factor remains unclear. Moreover the predictive scores available are not sensitive, moderately specific and often operator-dependant. In order to improve the preoperative detection of patients at risk for difficult intubation, we developed a system for automated and objective evaluation of morphologic criteria of the face and neck using video recordings and advanced techniques borrowed from face recognition. Method and results: Frontal video sequences were recorded in 5 healthy volunteers. During the video recording, subjects were requested to perform maximal flexion-extension of the neck and to open wide the mouth with tongue pulled out. A robust and real-time face tracking system was then applied, allowing to automatically identify and map a grid of 55 control points on the face, which were tracked during head motion. These points located important features of the face, such as the eyebrows, the nose, the contours of the eyes and mouth, and the external contours, including the chin. Moreover, based on this face tracking, the orientation of the head could also be estimated at each frame of the video sequence. Thus, we could infer for each frame the pitch angle of the head pose (related to the vertical rotation of the head) and obtain the degree of head extension. Morphological criteria used in the most frequent cited predictive scores were also extracted, such as mouth opening, degree of visibility of the uvula or thyreo-mental distance. Discussion and conclusion: Preliminary results suggest the high feasibility of the technique. The next step will be the application of the same automated and objective evaluation to patients who will undergo tracheal intubation. The difficulties related to intubation will be then correlated to the biometric characteristics of the patients. The objective in mind is to analyze the biometrics data with artificial intelligence algorithms to build a highly sensitive and specific predictive test.

Consequences of modified lipid and glucose metabolism on peripheral nervous system structure and function

284 million people worldwide suffered from type 2 diabetes mellitus (T2DM) in 2010, which will, in approximately half of them, lead to the development of diabetic peripheral neuropathy (DPN). Although DPN is the most common complication of diabetes mellitus and the leading cause of non-traumatic amputations its pathophysiology is still poorly understood. To get more insight into the molecular mechanism underlying DPN in T2DM, I used a rodent model of T2DM, the db/db mice.¦ln vivo electrophysiological recordings of diabetic animals indicated that in addition to reduced nerve conduction velocity db/db mice also present increased nerve excitability. Further ex vivo evaluation of the electrophysiological properties of db/db nerves clearly established a presence of the peripheral nerve hyperexcitability (PNH) phenotype in diabetic animals. Using pharmacological inhibitors we demonstrated that PNH is mostly mediated by the decreased activity of Kv1 channels. ln agreement with these data 1 observed that the diabetic condition led to a reduced presence of the Kv1.2 subunits in juxtaparanodal regions of db/db peripheral nerves whereas its mANA and protein expression levels were not affected. Lmportantly, I confirmed a loss of juxtaparanodal Kv1.2 subunits in nerve biopsies from type 2 diabetic patients. Together these observations indicate that the type 2 diabetic condition leads to potassium-channel mediated changes of nerve excitability thus identifying them as potential drug targets to treat sorne of the DPN related symptoms.¦Schwann cells ensheath and isolate peripheral axons by the production of myelin, which consists of lipids and proteins in a ratio of 2:1. Peripheral myelin protein 2 (= P2, Pmp2 or FABP8) was originally described as one of the most abundant myelin proteins in the peripheral nervous system. P2, which is a member of the fatty acid binding protein (FABP) family, is a 14.8 kDa cytosolic protein expressed on the cytoplasmic side of compact myelin membranes. As indicated by their name, the principal role of FABPs is thought to be the binding and transport of fatty acids.¦To study its role in myelinating glial cells I have recently generated a complete P2 knockout mouse model (P2-/-). I confirmed the loss of P2 in the sciatic nerve of P2-/- mice at the mRNA and protein level. Electrophysiological analysis of the adult (P56) mutant mice revealed a mild but significant reduction in the motor nerve conduction velocity. lnterestingly, this functional change was not accompanied by any detectable alterations in general myelin structure. However, I have observed significant alterations in the mRNA expression level of other FABPs, predominantly FABP9, in the PNS of P2-/- mice as compared to age-matched P2+/+ mice indicating a role of P2 in the glial myelin lipid metabolism.¦Le diabète de type 2 touche 284 million de personnes dans le monde en 2010 et son évolution conduit dans la moitié des cas à une neuropathie périphérique diabétique. Bien que la neuropathie périphérique soit la complication la plus courante du diabète pouvant conduire jusqu'à l'amputation, sa physiopathologie est aujourd'hui encore mal comprise. Dans le but d'améliorer les connaissances moléculaires expliquant les mécanismes de la neuropathie liée au diabète de type 2, j'ai utilisé un modèle murin du diabète de type 2, les souris db/db.¦ln vivo, les enregistrements éléctrophysiologiques des animaux diabétiques montrent qu'en plus d'une diminution de la vitesse de conduction nerveuse, les souris db/db présentent également une augmentation de l'excitabilité nerveuse. Des mesures menées Ex­ vivo ont montré l'existence d'un phénotype d'hyperexcitabilité sur les nerfs périphériques isolés d'animaux diabétiques. Grâce à l'utilisation d'inhibiteurs pharmacologiques, nous avons pu démontrer que l'hyperexcitabilité démontrée était due à une réduction d'activité des canaux Kv1. En accord avec ces données, j'ai observé qu'une situation de diabète conduisait à une diminution des canaux Kv1.2 aux régions juxta-paranodales des nerfs périphériques db/db, alors que l'expression du transcrit et de la protéine restait stable. J'ai également confirmé l'absence de canaux Kv1.2 aux juxta-paranoeuds de biopsies de nerfs de patients diabétiques. L'ensemble de ces observations montrent que les nerfs périphériques chez les patients atteints de diabète de type 2 est due à une diminution des canaux potassiques rapides juxtaparanodaux les identifiant ainsi comme des cibles thérapeutiques potentielles.¦Les cellules de Schwann enveloppent et isolent les axones périphériques d'une membrane spécialisée, la myéline, composée de deux fois plus de lipides que de protéines. La protéine P2 (Pmp2 "peripheral myelin protein 2" ou FABP8 "fatty acid binding protein") est l'une des protéines les plus abondantes au système nerveux périphérique. P2 appartient à la famille de protéines FABP liant et transportant les acides gras et est une protéine cytosolique de 14,8 kDa exprimée du côté cytoplasmique de la myéline compacte.¦Afin d'étudier le rôle de P2 dans les cellules de Schwann myélinisantes, j'ai généré une souris knockout (P2-/-). Après avoir validé l'absence de transcrit et de protéine P2 dans les nerfs sciatiques P2-/-, des mesures électrophysiologiques ont montré une réduction modérée mais significative de la vitesse de conduction du nerf moteur périphérique. Il est important de noter que ces changements fonctionnels n'ont pas pu être associés à quelconque changement dans la structure de la myéline. Cependant, j'ai observé dans les nerfs périphériques P2-/-, une altération significative du niveau d'expression d'ARNm d'autres FABPs et en particulier FABP9. Ce dernier résultat démontre l'importance du rôle de la protéine P2 dans le métabolisme lipidique de la myéline.

Prediction markets supporting technology assessment

In this thesis, we study the use of prediction markets for technology assessment. We particularly focus on their ability to assess complex issues, the design constraints required for such applications and their efficacy compared to traditional techniques. To achieve this, we followed a design science research paradigm, iteratively developing, instantiating, evaluating and refining the design of our artifacts. This allowed us to make multiple contributions, both practical and theoretical. We first showed that prediction markets are adequate for properly assessing complex issues. We also developed a typology of design factors and design propositions for using these markets in a technology assessment context. Then, we showed that they are able to solve some issues related to the R&D portfolio management process and we proposed a roadmap for their implementation. Finally, by comparing the instantiation and the results of a multi-criteria decision method and a prediction market, we showed that the latter are more efficient, while offering similar results. We also proposed a framework for comparing forecasting methods, to identify the constraints based on contingency factors. In conclusion, our research opens a new field of application of prediction markets and should help hasten their adoption by enterprises. Résumé français: Dans cette thèse, nous étudions l'utilisation de marchés de prédictions pour l'évaluation de nouvelles technologies. Nous nous intéressons plus particulièrement aux capacités des marchés de prédictions à évaluer des problématiques complexes, aux contraintes de conception pour une telle utilisation et à leur efficacité par rapport à des techniques traditionnelles. Pour ce faire, nous avons suivi une approche Design Science, développant itérativement plusieurs prototypes, les instanciant, puis les évaluant avant d'en raffiner la conception. Ceci nous a permis de faire de multiples contributions tant pratiques que théoriques. Nous avons tout d'abord montré que les marchés de prédictions étaient adaptés pour correctement apprécier des problématiques complexes. Nous avons également développé une typologie de facteurs de conception ainsi que des propositions de conception pour l'utilisation de ces marchés dans des contextes d'évaluation technologique. Ensuite, nous avons montré que ces marchés pouvaient résoudre une partie des problèmes liés à la gestion des portes-feuille de projets de recherche et développement et proposons une feuille de route pour leur mise en oeuvre. Finalement, en comparant la mise en oeuvre et les résultats d'une méthode de décision multi-critère et d'un marché de prédiction, nous avons montré que ces derniers étaient plus efficaces, tout en offrant des résultats semblables. Nous proposons également un cadre de comparaison des méthodes d'évaluation technologiques, permettant de cerner au mieux les besoins en fonction de facteurs de contingence. En conclusion, notre recherche ouvre un nouveau champ d'application des marchés de prédiction et devrait permettre d'accélérer leur adoption par les entreprises.

Analysis, modelling and visualisation of spatiotemporal data for urban studies

The proportion of population living in or around cites is more important than ever. Urban sprawl and car dependence have taken over the pedestrian-friendly compact city. Environmental problems like air pollution, land waste or noise, and health problems are the result of this still continuing process. The urban planners have to find solutions to these complex problems, and at the same time insure the economic performance of the city and its surroundings. At the same time, an increasing quantity of socio-economic and environmental data is acquired. In order to get a better understanding of the processes and phenomena taking place in the complex urban environment, these data should be analysed. Numerous methods for modelling and simulating such a system exist and are still under development and can be exploited by the urban geographers for improving our understanding of the urban metabolism. Modern and innovative visualisation techniques help in communicating the results of such models and simulations. This thesis covers several methods for analysis, modelling, simulation and visualisation of problems related to urban geography. The analysis of high dimensional socio-economic data using artificial neural network techniques, especially self-organising maps, is showed using two examples at different scales. The problem of spatiotemporal modelling and data representation is treated and some possible solutions are shown. The simulation of urban dynamics and more specifically the traffic due to commuting to work is illustrated using multi-agent micro-simulation techniques. A section on visualisation methods presents cartograms for transforming the geographic space into a feature space, and the distance circle map, a centre-based map representation particularly useful for urban agglomerations. Some issues on the importance of scale in urban analysis and clustering of urban phenomena are exposed. A new approach on how to define urban areas at different scales is developed, and the link with percolation theory established. Fractal statistics, especially the lacunarity measure, and scale laws are used for characterising urban clusters. In a last section, the population evolution is modelled using a model close to the well-established gravity model. The work covers quite a wide range of methods useful in urban geography. Methods should still be developed further and at the same time find their way into the daily work and decision process of urban planners. La part de personnes vivant dans une région urbaine est plus élevé que jamais et continue à croître. L'étalement urbain et la dépendance automobile ont supplanté la ville compacte adaptée aux piétons. La pollution de l'air, le gaspillage du sol, le bruit, et des problèmes de santé pour les habitants en sont la conséquence. Les urbanistes doivent trouver, ensemble avec toute la société, des solutions à ces problèmes complexes. En même temps, il faut assurer la performance économique de la ville et de sa région. Actuellement, une quantité grandissante de données socio-économiques et environnementales est récoltée. Pour mieux comprendre les processus et phénomènes du système complexe "ville", ces données doivent être traitées et analysées. Des nombreuses méthodes pour modéliser et simuler un tel système existent et sont continuellement en développement. Elles peuvent être exploitées par le géographe urbain pour améliorer sa connaissance du métabolisme urbain. Des techniques modernes et innovatrices de visualisation aident dans la communication des résultats de tels modèles et simulations. Cette thèse décrit plusieurs méthodes permettant d'analyser, de modéliser, de simuler et de visualiser des phénomènes urbains. L'analyse de données socio-économiques à très haute dimension à l'aide de réseaux de neurones artificiels, notamment des cartes auto-organisatrices, est montré à travers deux exemples aux échelles différentes. Le problème de modélisation spatio-temporelle et de représentation des données est discuté et quelques ébauches de solutions esquissées. La simulation de la dynamique urbaine, et plus spécifiquement du trafic automobile engendré par les pendulaires est illustrée à l'aide d'une simulation multi-agents. Une section sur les méthodes de visualisation montre des cartes en anamorphoses permettant de transformer l'espace géographique en espace fonctionnel. Un autre type de carte, les cartes circulaires, est présenté. Ce type de carte est particulièrement utile pour les agglomérations urbaines. Quelques questions liées à l'importance de l'échelle dans l'analyse urbaine sont également discutées. Une nouvelle approche pour définir des clusters urbains à des échelles différentes est développée, et le lien avec la théorie de la percolation est établi. Des statistiques fractales, notamment la lacunarité, sont utilisées pour caractériser ces clusters urbains. L'évolution de la population est modélisée à l'aide d'un modèle proche du modèle gravitaire bien connu. Le travail couvre une large panoplie de méthodes utiles en géographie urbaine. Toutefois, il est toujours nécessaire de développer plus loin ces méthodes et en même temps, elles doivent trouver leur chemin dans la vie quotidienne des urbanistes et planificateurs.

Rgtsp: a generalized top scoring pairs package for class prediction.

SUMMARY: A top scoring pair (TSP) classifier consists of a pair of variables whose relative ordering can be used for accurately predicting the class label of a sample. This classification rule has the advantage of being easily interpretable and more robust against technical variations in data, as those due to different microarray platforms. Here we describe a parallel implementation of this classifier which significantly reduces the training time, and a number of extensions, including a multi-class approach, which has the potential of improving the classification performance. AVAILABILITY AND IMPLEMENTATION: Full C++ source code and R package Rgtsp are freely available from http://lausanne.isb-sib.ch/~vpopovic/research/. The implementation relies on existing OpenMP libraries.

Temporal and spatial dynamics of benthic invertebrate communities in an alpine glacier-fed alluvial system

Summary The present thesis work focused on the ecology of benthic invertebrates in the proglacial floodplain of the Rhone in the Swiss Alps. The main glacial Rhone River and a smaller glacial tributary, the Mutt River, joined and entered a braiding multi-thread area. A first part concentrated on the disruption of the longitudinal patterns of environmental conditions and benthic invertebrate fauna in the Rhone by its tributary the Mutt. The Mutt had less harsh environmental conditions, higher taxonomic richness and more abundant zoobenthos compared to the Rhone upstream of the confluence. Although the habitat conditions in the main stream were little modified by the tributary, the fauna was richer and more diverse below the confluence. Colonisation from the Mutt induced the occurrence of faunal elements uncommon of glacial streams in the upper Rhone, where water temperature remains below 4°C. Although the glacial Rhone dominated the system with regard to hydrology and certain environmental conditions, the Mutt tributary has to be seen as the faunal driver of the system. The second part of the study concerned the spatio-temporal differentiation of the habitats and the benthic communities along and across the flood plain. No longitudinal differentiation was found. The spatial transversal differentiation of three habitat types with different environmental characteristics was successfully reflected in the spatial variability of benthic assemblages. This typology separated marginal sites of the flood plain, left bank sites under the influence of the Mutt, and the right bank sites under the influence of the Rh6ne. Faunistic spatial differences were emphasized by the quantitative structure of the fauna, richness, abundances and Simpson index of diversity. Seasonal environmental variability was positively related with Simpson index of diversity and the total richness per site. Low flow conditions were the most favourable season for the fauna and November was characterized by low spatial environmental heterogeneity, high spatial heterogeneity of faunal assemblage, maximum taxonomic richness, a particular taxonomic composition, highest abundances, as well as the highest primary food resources. The third part studied the egg development of three species of Ephemeroptera in the laboratory at 1.5 to 7°C and the ecological implications in the field. Species revealed very contrasting development strategies. Baetis alpinus has a synchronous and efficient egg development, which is faster in warmer habitats, enabling it to exploit short periods of favourable conditions in the floodplain. Ecdyonurus picteti has a very long development time slightly decreasing in warmer conditions. The high degree of individual variation suggests a genetic determination of the degree-days demand. Combined with the glacial local conditions, this strategy leads to an extreme delay of hatching and allows it to develop in very unpredictable habitats. Rhithrogena nivata is the second cold adapted species in Ephemeroptera. The incubation duration is long and success largely depends on the timing of hatching and the discharge conditions. This species is able to exploit extremely unstable and cold habitats where other species are limited by low water temperatures. The fourth part dealt with larval development in different habitats of the floodplain. Addition of data on egg development allowed the description of the life histories of the species from oviposition until emergence. Rhithrogena nivata and loyolaea generally have a two-year development, with the first winter passed as eggs and the second one as larvae. Development of Ecdyonurus picteti is difficult to document but appears to be efficient in a harsh and unpredictable environment. Baetis alpinus was studied separately in four habitats of the floodplain system with contrasting thermal regimes. Differences in success and duration of larval development and in growth rates are emphasised. Subvention mechanisms between habitats by migration of young or grown larvae were demonstrated. Development success and persistence of the populations in the system were thus increased. Emergence was synchronised to the detriment of the optimisation of the adult's size and fecundity. These very different development strategies induce a spatial and temporal distribution in the use of food resources and ecological niches. The last part of this work aimed at the synthesis of the characteristics and the ecological features of three distinct compartments of the system that are the upper Rhone, the Mutt and the floodplain. Their particular role as well as their inter-dependence concerning the structure and the dynamics of the benthic communities was emphasised. Résumé Ce travail de thèse est consacré à l'écologie des invertébrés benthiques dans la zone alluviale proglaciaire du Rhône dans les Alpes suisses. Le Rhône, torrent glaciaire principal, reçoit les eaux de la Mutt, affluent glaciaire secondaire, puis pénètre dans une zone de tressage formée de plusieurs bras. La première partie de l'étude se concentre sur la disruption par la Mutt des processus longitudinaux, tant environnementaux que faunistiques, existants dans le Rhône. Les conditions environnementales régnant dans la Mutt sont moins rudes, la richesse taxonomique plus élevée et le zoobenthos plus abondant que dans le Rhône en amont de la confluence. Bien que les conditions environnementales dans le torrent principal soient peu modifiées par l'affluent, la faune s'avère être plus riche et plus diversifiée en aval de la confluence. La colonisation depuis la Mutt permet l'occurrence de taxons inhabituels dans le Rhône en amont de la confluence, où la température de l'eau se maintient en dessous de 4°C. Bien que le Rhône, torrent glaciaire principal, domine le système du point de vu de l'hydrologie et de certains paramètres environnementaux, l'affluent Mutt doit être considéré comme l'élément structurant la faune dans le système. La deuxième partie concerne la différentiation spatiale et temporelle des habitats et des communautés benthiques à travers la plaine alluviale. Aucune différentiation longitudinale n'a été mise en évidence. La différentiation transversale de trois types d'habitats sur la base des caractéristiques environnementales a été confirmée par la variabilité spatiale de la faune. Cette typologie sépare les sites marginaux de la plaine alluviale, ceux sous l'influence de la Mutt (en rive gauche) et ceux sous l'influence du Rhône amont (en rive droite). Les différences spatiales de la faune sont mises en évidence par la structure quantitative de la faune, la richesse, les abondances et l'indice de diversité de Simpson. La variabilité saisonnière du milieu est positivement liée avec l'indice de diversité de Simpson et la richesse totale par site. L'étiage correspond à la période la plus favorable pour la faune et novembre réunit des conditions de faible hétérogénéité spatiale du milieu, de forte hétérogénéité spatiale de la faune, une richesse taxonomique maximale, une composition faunistique particulière, les abondances ainsi que les ressources primaires les plus élevées. La troisième partie est consacrée à l'étude du développement des oeufs de trois espèces d'Ephémères au laboratoire à des températures de 1.5 à 7°C, ainsi qu'aux implications écologiques sur le terrain. Ces espèces présentent des stratégies de développement très contrastées. Baetis alpinus a un développement synchrone et efficace, plus rapide en milieu plus chaud et lui permettant d'exploiter les courtes périodes de conditions favorables. Ecdyonurus picteti présente une durée de développement très longue, diminuant légèrement dans des conditions plus chaudes. L'importante variation interindividuelle suggère un déterminisme génétique de la durée de développement. Cette stratégie, associée aux conditions locales, conduit à un décalage extrême des éclosions et permet à l'espèce de se développer dans des habitats imprévisibles. Rhithrogena nivata est la seconde espèce d'Ephémères présentant une adaptation au froid. L'incubation des oeufs est longue et son succès dépend de la période des éclosions et des conditions hydrologiques. Cette espèce est capable d'exploiter des habitats extrêmement instables et froids, où la température est facteur limitant pour d'autres espèces. La quatrième partie traite du développement larvaire dans différents habitats de la plaine alluviale. Le développement complet est décrit pour les espèces étudiées de la ponte jusqu'à l'émergence. Rhithrogena nivata et loyolaea atteignent généralement le stade adulte en deux ans, le premier hiver étant passé sous forme d'oeuf et le second sous forme de larve. Le développement de Ecdyonurus picteti est difficile à documenter, mais s'avère cependant efficace dans un environnement rude et imprévisible. Baetis alpinus a été étudié séparément dans quatre habitats de la plaine ayant des régimes thermiques contrastés. La réussite et la durée du développement embryonnaire ainsi que les taux de croissance y sont variables. Des mécanismes de subvention entre habitats sont possibles par la migration de larves juvéniles ou plus développées, augmentant ainsi la réussite du développement et le maintien des populations dans le système. L'émergence devient synchrone, au détriment de l'optimisation de la taille et de la fécondité des adultes. Ces stratégies très différentes induisent une distribution spatiale et temporelle dans l'usage des ressources et des niches écologiques. La dernière partie synthétise les caractéristiques écologiques des trois compartiments du système que sont le Rhône amont, la Mutt et la zone alluviale. Leurs rôles particuliers et leurs interdépendances du point de vue de la structure et de la dynamique des communautés benthiques sont mis en avant.