Explicit ruin formulas for models with dependence among risks

We show that a simple mixing idea allows one to establish a number of explicit formulas for ruin probabilities and related quantities in collective risk models with dependence among claim sizes and among claim inter-occurrence times. Examples include compound Poisson risk models with completely monotone marginal claim size distributions that are dependent according to Archimedean survival copulas as well as renewal risk models with dependent inter-occurrence times.

SESAM - a new framework integrating macroecological and species distribution models for predicting spatio-temporal patterns of species assemblages

Two different approaches currently prevail for predicting spatial patterns of species assemblages. The first approach (macroecological modelling, MEM) focuses directly on realised properties of species assemblages, whereas the second approach (stacked species distribution modelling, S-SDM) starts with constituent species to approximate assemblage properties. Here, we propose to unify the two approaches in a single 'spatially-explicit species assemblage modelling' (SESAM) framework. This framework uses relevant species source pool designations, macroecological factors, and ecological assembly rules to constrain predictions of the richness and composition of species assemblages obtained by stacking predictions of individual species distributions. We believe that such a framework could prove useful in many theoretical and applied disciplines of ecology and evolution, both for improving our basic understanding of species assembly across spatio-temporal scales and for anticipating expected consequences of local, regional or global environmental changes. In this paper, we propose such a framework and call for further developments and testing across a broad range of community types in a variety of environments.

Detection of Optimal Models in Parameter Space with Support Vector Machines

The paper proposes an approach aimed at detecting optimal model parameter combinations to achieve the most representative description of uncertainty in the model performance. A classification problem is posed to find the regions of good fitting models according to the values of a cost function. Support Vector Machine (SVM) classification in the parameter space is applied to decide if a forward model simulation is to be computed for a particular generated model. SVM is particularly designed to tackle classification problems in high-dimensional space in a non-parametric and non-linear way. SVM decision boundaries determine the regions that are subject to the largest uncertainty in the cost function classification, and, therefore, provide guidelines for further iterative exploration of the model space. The proposed approach is illustrated by a synthetic example of fluid flow through porous media, which features highly variable response due to the parameter values' combination.

Exploring models for the length of stay distribution.

Diagnosis Related Groups (DRG) are frequently used to standardize the comparison of consumption variables, such as length of stay (LOS). In order to be reliable, this comparison must control for the presence of outliers, i.e. values far removed from the pattern set by the majority of the data. Indeed, outliers can distort the usual statistical summaries, such as means and variances. A common practice is to trim LOS values according to various empirical rules, but there is little theoretical support for choosing between alternative procedures. This pilot study explores the possibility of describing LOS distributions with parametric models which provide the necessary framework for the use of robust methods.

TECTONICS OF THE HELVETIC NAPPE SYSTEM (W SWITZERLAND): CONTROL OF STRAIN LOCALIZATION AND BASEMENT-COVER DEFORMATION. Insights from models based on continuum mechanics

The Helvetic nappe system in Western Switzerland is a stack of fold nappes and thrust sheets em-placed at low grade metamorphism. Fold nappes and thrust sheets are also some of the most common features in orogens. Fold nappes are kilometer scaled recumbent folds which feature a weakly deformed normal limb and an intensely deformed overturned limb. Thrust sheets on the other hand are characterized by the absence of overturned limb and can be defined as almost rigid blocks of crust that are displaced sub-horizontally over up to several tens of kilometers. The Morcles and Doldenhom nappe are classic examples of fold nappes and constitute the so-called infra-Helvetic complex in Western and Central Switzerland, respectively. This complex is overridden by thrust sheets such as the Diablerets and Wildhörn nappes in Western Switzerland. One of the most famous example of thrust sheets worldwide is the Glariis thrust sheet in Central Switzerland which features over 35 kilometers of thrusting which are accommodated by a ~1 m thick shear zone. Since the works of the early Alpine geologist such as Heim and Lugeon, the knowledge of these nappes has been steadily refined and today the geometry and kinematics of the Helvetic nappe system is generally agreed upon. However, despite the extensive knowledge we have today of the kinematics of fold nappes and thrust sheets, the mechanical process leading to the emplacement of these nappe is still poorly understood. For a long time geologist were facing the so-called 'mechanical paradox' which arises from the fact that a block of rock several kilometers high and tens of kilometers long (i.e. nappe) would break internally rather than start moving on a low angle plane. Several solutions were proposed to solve this apparent paradox. Certainly the most successful is the theory of critical wedges (e.g. Chappie 1978; Dahlen, 1984). In this theory the orogen is considered as a whole and this change of scale allows thrust sheet like structures to form while being consistent with mechanics. However this theoiy is intricately linked to brittle rheology and fold nappes, which are inherently ductile structures, cannot be created in these models. When considering the problem of nappe emplacement from the perspective of ductile rheology the problem of strain localization arises. The aim of this thesis was to develop and apply models based on continuum mechanics and integrating heat transfer to understand the emplacement of nappes. Models were solved either analytically or numerically. In the first two papers of this thesis we derived a simple model which describes channel flow in a homogeneous material with temperature dependent viscosity. We applied this model to the Morcles fold nappe and to several kilometer-scale shear zones worldwide. In the last paper we zoomed out and studied the tectonics of (i) ductile and (ii) visco-elasto-plastic and temperature dependent wedges. In this last paper we focused on the relationship between basement and cover deformation. We demonstrated that during the compression of a ductile passive margin both fold nappes and thrust sheets can develop and that these apparently different structures constitute two end-members of a single structure (i.e. nappe). The transition from fold nappe to thrust sheet is to first order controlled by the deformation of the basement. -- Le système des nappes helvétiques en Suisse occidentale est un empilement de nappes de plis et de nappes de charriage qui se sont mis en place à faible grade métamorphique. Les nappes de plis et les nappes de charriage sont parmi les objets géologiques les plus communs dans les orogènes. Les nappes de plis sont des plis couchés d'échelle kilométrique caractérisés par un flanc normal faiblement défor-mé, au contraire de leur flanc inverse, intensément déformé. Les nappes de charriage, à l'inverse se caractérisent par l'absence d'un flanc inverse bien défini. Elles peuvent être définies comme des blocs de croûte terrestre qui se déplacent de manière presque rigide qui sont déplacés sub-horizontalement jusqu'à plusieurs dizaines de kilomètres. La nappe de Mordes et la nappe du Doldenhorn sont des exemples classiques de nappes de plis et constitue le complexe infra-helvétique en Suisse occidentale et centrale, respectivement. Ce complexe repose sous des nappes de charriages telles les nappes des Diablerets et du Widlhörn en Suisse occidentale. La nappe du Glariis en Suisse centrale se distingue par un déplacement de plus de 35 kilomètres qui s'est effectué à la faveur d'une zone de cisaillement basale épaisse de seulement 1 mètre. Aujourd'hui la géométrie et la cinématique des nappes alpines fait l'objet d'un consensus général. Malgré cela, les processus mécaniques par lesquels ces nappes se sont mises en place restent mal compris. Pendant toute la première moitié du vingtième siècle les géologues les géologues ont été confrontés au «paradoxe mécanique». Celui-ci survient du fait qu'un bloc de roche haut de plusieurs kilomètres et long de plusieurs dizaines de kilomètres (i.e., une nappe) se fracturera de l'intérieur plutôt que de se déplacer sur une surface frictionnelle. Plusieurs solutions ont été proposées pour contourner cet apparent paradoxe. La solution la plus populaire est la théorie des prismes d'accrétion critiques (par exemple Chappie, 1978 ; Dahlen, 1984). Dans le cadre de cette théorie l'orogène est considéré dans son ensemble et ce simple changement d'échelle solutionne le paradoxe mécanique (la fracturation interne de l'orogène correspond aux nappes). Cette théorie est étroitement lié à la rhéologie cassante et par conséquent des nappes de plis ne peuvent pas créer au sein d'un prisme critique. Le but de cette thèse était de développer et d'appliquer des modèles basés sur la théorie de la méca-nique des milieux continus et sur les transferts de chaleur pour comprendre l'emplacement des nappes. Ces modèles ont été solutionnés de manière analytique ou numérique. Dans les deux premiers articles présentés dans ce mémoire nous avons dérivé un modèle d'écoulement dans un chenal d'un matériel homogène dont la viscosité dépend de la température. Nous avons appliqué ce modèle à la nappe de Mordes et à plusieurs zone de cisaillement d'échelle kilométrique provenant de différents orogènes a travers le monde. Dans le dernier article nous avons considéré le problème à l'échelle de l'orogène et avons étudié la tectonique de prismes (i) ductiles, et (ii) visco-élasto-plastiques en considérant les transferts de chaleur. Nous avons démontré que durant la compression d'une marge passive ductile, a la fois des nappes de plis et des nappes de charriages peuvent se développer. Nous avons aussi démontré que nappes de plis et de charriages sont deux cas extrêmes d'une même structure (i.e. nappe) La transition entre le développement d'une nappe de pli ou d'une nappe de charriage est contrôlé au premier ordre par la déformation du socle. -- Le système des nappes helvétiques en Suisse occidentale est un emblement de nappes de plis et de nappes de chaînage qui se sont mis en place à faible grade métamoiphique. Les nappes de plis et les nappes de charriage sont parmi les objets géologiques les plus communs dans les orogènes. Les nappes de plis sont des plis couchés d'échelle kilométrique caractérisés par un flanc normal faiblement déformé, au contraire de leur flanc inverse, intensément déformé. Les nappes de charriage, à l'inverse se caractérisent par l'absence d'un flanc inverse bien défini. Elles peuvent être définies comme des blocs de croûte terrestre qui se déplacent de manière presque rigide qui sont déplacés sub-horizontalement jusqu'à plusieurs dizaines de kilomètres. La nappe de Morcles and la nappe du Doldenhorn sont des exemples classiques de nappes de plis et constitue le complexe infra-helvétique en Suisse occidentale et centrale, respectivement. Ce complexe repose sous des nappes de charriages telles les nappes des Diablerets et du Widlhörn en Suisse occidentale. La nappe du Glarüs en Suisse centrale est certainement l'exemple de nappe de charriage le plus célèbre au monde. Elle se distingue par un déplacement de plus de 35 kilomètres qui s'est effectué à la faveur d'une zone de cisaillement basale épaisse de seulement 1 mètre. La géométrie et la cinématique des nappes alpines fait l'objet d'un consensus général parmi les géologues. Au contraire les processus physiques par lesquels ces nappes sont mises en place reste mal compris. Les sédiments qui forment les nappes alpines se sont déposés à l'ère secondaire et à l'ère tertiaire sur le socle de la marge européenne qui a été étiré durant l'ouverture de l'océan Téthys. Lors de la fermeture de la Téthys, qui donnera naissance aux Alpes, le socle et les sédiments de la marge européenne ont été déformés pour former les nappes alpines. Le but de cette thèse était de développer et d'appliquer des modèles basés sur la théorie de la mécanique des milieux continus et sur les transferts de chaleur pour comprendre l'emplacement des nappes. Ces modèles ont été solutionnés de manière analytique ou numérique. Dans les deux premiers articles présentés dans ce mémoire nous nous sommes intéressés à la localisation de la déformation à l'échelle d'une nappe. Nous avons appliqué le modèle développé à la nappe de Morcles et à plusieurs zones de cisaillement provenant de différents orogènes à travers le monde. Dans le dernier article nous avons étudié la relation entre la déformation du socle et la défonnation des sédiments. Nous avons démontré que nappe de plis et nappes de charriages constituent les cas extrêmes d'un continuum. La transition entre nappe de pli et nappe de charriage est intrinsèquement lié à la déformation du socle sur lequel les sédiments reposent.

Evolutionary games on complex networks : the emergence and maintenance of cooperation

Abstract The object of game theory lies in the analysis of situations where different social actors have conflicting requirements and where their individual decisions will all influence the global outcome. In this framework, several games have been invented to capture the essence of various dilemmas encountered in many common important socio-economic situations. Even though these games often succeed in helping us understand human or animal behavior in interactive settings, some experiments have shown that people tend to cooperate with each other in situations for which classical game theory strongly recommends them to do the exact opposite. Several mechanisms have been invoked to try to explain the emergence of this unexpected cooperative attitude. Among them, repeated interaction, reputation, and belonging to a recognizable group have often been mentioned. However, the work of Nowak and May (1992) showed that the simple fact of arranging the players according to a spatial structure and only allowing them to interact with their immediate neighbors is sufficient to sustain a certain amount of cooperation even when the game is played anonymously and without repetition. Nowak and May's study and much of the following work was based on regular structures such as two-dimensional grids. Axelrod et al. (2002) showed that by randomizing the choice of neighbors, i.e. by actually giving up a strictly local geographical structure, cooperation can still emerge, provided that the interaction patterns remain stable in time. This is a first step towards a social network structure. However, following pioneering work by sociologists in the sixties such as that of Milgram (1967), in the last few years it has become apparent that many social and biological interaction networks, and even some technological networks, have particular, and partly unexpected, properties that set them apart from regular or random graphs. Among other things, they usually display broad degree distributions, and show small-world topological structure. Roughly speaking, a small-world graph is a network where any individual is relatively close, in terms of social ties, to any other individual, a property also found in random graphs but not in regular lattices. However, in contrast with random graphs, small-world networks also have a certain amount of local structure, as measured, for instance, by a quantity called the clustering coefficient. In the same vein, many real conflicting situations in economy and sociology are not well described neither by a fixed geographical position of the individuals in a regular lattice, nor by a random graph. Furthermore, it is a known fact that network structure can highly influence dynamical phenomena such as the way diseases spread across a population and ideas or information get transmitted. Therefore, in the last decade, research attention has naturally shifted from random and regular graphs towards better models of social interaction structures. The primary goal of this work is to discover whether or not the underlying graph structure of real social networks could give explanations as to why one finds higher levels of cooperation in populations of human beings or animals than what is prescribed by classical game theory. To meet this objective, I start by thoroughly studying a real scientific coauthorship network and showing how it differs from biological or technological networks using divers statistical measurements. Furthermore, I extract and describe its community structure taking into account the intensity of a collaboration. Finally, I investigate the temporal evolution of the network, from its inception to its state at the time of the study in 2006, suggesting also an effective view of it as opposed to a historical one. Thereafter, I combine evolutionary game theory with several network models along with the studied coauthorship network in order to highlight which specific network properties foster cooperation and shed some light on the various mechanisms responsible for the maintenance of this same cooperation. I point out the fact that, to resist defection, cooperators take advantage, whenever possible, of the degree-heterogeneity of social networks and their underlying community structure. Finally, I show that cooperation level and stability depend not only on the game played, but also on the evolutionary dynamic rules used and the individual payoff calculations. Synopsis Le but de la théorie des jeux réside dans l'analyse de situations dans lesquelles différents acteurs sociaux, avec des objectifs souvent conflictuels, doivent individuellement prendre des décisions qui influenceront toutes le résultat global. Dans ce cadre, plusieurs jeux ont été inventés afin de saisir l'essence de divers dilemmes rencontrés dans d'importantes situations socio-économiques. Bien que ces jeux nous permettent souvent de comprendre le comportement d'êtres humains ou d'animaux en interactions, des expériences ont montré que les individus ont parfois tendance à coopérer dans des situations pour lesquelles la théorie classique des jeux prescrit de faire le contraire. Plusieurs mécanismes ont été invoqués pour tenter d'expliquer l'émergence de ce comportement coopératif inattendu. Parmi ceux-ci, la répétition des interactions, la réputation ou encore l'appartenance à des groupes reconnaissables ont souvent été mentionnés. Toutefois, les travaux de Nowak et May (1992) ont montré que le simple fait de disposer les joueurs selon une structure spatiale en leur permettant d'interagir uniquement avec leurs voisins directs est suffisant pour maintenir un certain niveau de coopération même si le jeu est joué de manière anonyme et sans répétitions. L'étude de Nowak et May, ainsi qu'un nombre substantiel de travaux qui ont suivi, étaient basés sur des structures régulières telles que des grilles à deux dimensions. Axelrod et al. (2002) ont montré qu'en randomisant le choix des voisins, i.e. en abandonnant une localisation géographique stricte, la coopération peut malgré tout émerger, pour autant que les schémas d'interactions restent stables au cours du temps. Ceci est un premier pas en direction d'une structure de réseau social. Toutefois, suite aux travaux précurseurs de sociologues des années soixante, tels que ceux de Milgram (1967), il est devenu clair ces dernières années qu'une grande partie des réseaux d'interactions sociaux et biologiques, et même quelques réseaux technologiques, possèdent des propriétés particulières, et partiellement inattendues, qui les distinguent de graphes réguliers ou aléatoires. Entre autres, ils affichent en général une distribution du degré relativement large ainsi qu'une structure de "petit-monde". Grossièrement parlant, un graphe "petit-monde" est un réseau où tout individu se trouve relativement près de tout autre individu en termes de distance sociale, une propriété également présente dans les graphes aléatoires mais absente des grilles régulières. Par contre, les réseaux "petit-monde" ont, contrairement aux graphes aléatoires, une certaine structure de localité, mesurée par exemple par une quantité appelée le "coefficient de clustering". Dans le même esprit, plusieurs situations réelles de conflit en économie et sociologie ne sont pas bien décrites ni par des positions géographiquement fixes des individus en grilles régulières, ni par des graphes aléatoires. De plus, il est bien connu que la structure même d'un réseau peut passablement influencer des phénomènes dynamiques tels que la manière qu'a une maladie de se répandre à travers une population, ou encore la façon dont des idées ou une information s'y propagent. Ainsi, durant cette dernière décennie, l'attention de la recherche s'est tout naturellement déplacée des graphes aléatoires et réguliers vers de meilleurs modèles de structure d'interactions sociales. L'objectif principal de ce travail est de découvrir si la structure sous-jacente de graphe de vrais réseaux sociaux peut fournir des explications quant aux raisons pour lesquelles on trouve, chez certains groupes d'êtres humains ou d'animaux, des niveaux de coopération supérieurs à ce qui est prescrit par la théorie classique des jeux. Dans l'optique d'atteindre ce but, je commence par étudier un véritable réseau de collaborations scientifiques et, en utilisant diverses mesures statistiques, je mets en évidence la manière dont il diffère de réseaux biologiques ou technologiques. De plus, j'extrais et je décris sa structure de communautés en tenant compte de l'intensité d'une collaboration. Finalement, j'examine l'évolution temporelle du réseau depuis son origine jusqu'à son état en 2006, date à laquelle l'étude a été effectuée, en suggérant également une vue effective du réseau par opposition à une vue historique. Par la suite, je combine la théorie évolutionnaire des jeux avec des réseaux comprenant plusieurs modèles et le réseau de collaboration susmentionné, afin de déterminer les propriétés structurelles utiles à la promotion de la coopération et les mécanismes responsables du maintien de celle-ci. Je mets en évidence le fait que, pour ne pas succomber à la défection, les coopérateurs exploitent dans la mesure du possible l'hétérogénéité des réseaux sociaux en termes de degré ainsi que la structure de communautés sous-jacente de ces mêmes réseaux. Finalement, je montre que le niveau de coopération et sa stabilité dépendent non seulement du jeu joué, mais aussi des règles de la dynamique évolutionnaire utilisées et du calcul du bénéfice d'un individu.

Testing new identity models and processes in French-speaking adolescents and emerging adults students

Developing a sense of identity is a crucial psychosocial task for young people. The purpose of this study was to evaluate identity development in French-speaking adolescents and emerging adults (in France and Switzerland) using a process-oriented model of identity formation including five dimensions (i.e., exploration in breadth, commitment making, exploration in depth, identification with commitment, and ruminative exploration). The study included participants from three different samples (total N = 2239, 66.7% women): two samples of emerging adult student and one sample of adolescents. Results confirmed the hypothesized five-factor dimensional model of identity in our three samples and provided evidence for convergent validity of the model. The results also indicated that exploration in depth might be subdivided in two aspects: a first form of exploration in depth leading to a better understanding and to an increase of the strength of current commitments and a second form of exploration in depth leading to a re-evaluation and a reconsideration of current commitments. Further, the identity status cluster solution that emerged is globally in line with previous literature (i.e., achievement, foreclosure, moratorium, carefree diffusion, diffused diffusion, undifferentiated). However, despite a structural similarity, we found variations in identity profiles because identity development is shaped by cultural context. These specific variations are discussed in light of social, educational and economic differences between France and the French-speaking part of Switzerland. Implications and suggestions for future research are offered.

The molecular basis of social behavior: models, methods and advances.

Elucidating the molecular and neural basis of complex social behaviors such as communal living, division of labor and warfare requires model organisms that exhibit these multi-faceted behavioral phenotypes. Social insects, such as ants, bees, wasps and termites, are attractive models to address this problem, with rich ecological and ethological foundations. However, their atypical systems of reproduction have hindered application of classical genetic approaches. In this review, we discuss how recent advances in social insect genomics, transcriptomics, and functional manipulations have enhanced our ability to observe and perturb gene expression, physiology and behavior in these species. Such developments begin to provide an integrated view of the molecular and cellular underpinnings of complex social behavior.

In vitro and in vivo tumor models for studies of distribution of radiolabelled monoclonal antibodies and fragments.

Colon carcinoma multicellular spheroids were incubated in vitro with radiolabelled MAbs. The more rapid penetration of fragments as compared to intact MAbs was clearly demonstrated. For the study of antibody localization in tumors in vivo, the model of nude mice with ligated kidneys was used. Although very artificial, this model allowed to demonstrate that, without urinary excretion, Fab fragments accumulated more rapidly into the tumor than intact MAbs and disappeared faster from the blood. This difference was less striking for F(ab')2 fragments. In the liver a decreased accumulation of both types of fragments as compared to intact MAbs was observed. Concerning radioimmunotherapy we think that Fab fragments are not useful because of their too short half-life in the circulation and in tumor and because they will probably be too toxic for the kidneys. Intact MAbs and F(ab')2 fragments have each their advantages. Intact MAbs show highest tumor accumulation in mice without ligated kidney, however, they remain mostly on the periphery of tumor nodules, as shown by autoradiography. F(ab')2 fragments have been found to penetrate deeper into the tumor and to accumulate less in the liver. It might be therefore an advantage to combine intact MAbs with F(ab')2 fragments, so that in the tumor two different regions could be attacked whereas in normal tissues toxicity could be distributed to different organs such as to the liver with intact MAbs and to the kidney with F(ab')2 fragments.

Testing demographic models of effective population size.

Due to practical difficulties in obtaining direct genetic estimates of effective sizes, conservation biologists have to rely on so-called 'demographic models' which combine life-history and mating-system parameters with F-statistics in order to produce indirect estimates of effective sizes. However, for the same practical reasons that prevent direct genetic estimates, the accuracy of demographic models is difficult to evaluate. Here we use individual-based, genetically explicit computer simulations in order to investigate the accuracy of two such demographic models aimed at investigating the hierarchical structure of populations. We show that, by and large, these models provide good estimates under a wide range of mating systems and dispersal patterns. However, one of the models should be avoided whenever the focal species' breeding system approaches monogamy with no sex bias in dispersal or when a substructure within social groups is suspected because effective sizes may then be strongly overestimated. The timing during the life cycle at which F-statistics are evaluated is also of crucial importance and attention should be paid to it when designing field sampling since different demographic models assume different timings. Our study shows that individual-based, genetically explicit models provide a promising way of evaluating the accuracy of demographic models of effective size and delineate their field of applicability.

An in vivo ultrahigh field 14.1 T (1) H-MRS study on 6-OHDA and α-synuclein-based rat models of Parkinson's disease: GABA as an early disease marker.

The detection of Parkinson's disease (PD) in its preclinical stages prior to outright neurodegeneration is essential to the development of neuroprotective therapies and could reduce the number of misdiagnosed patients. However, early diagnosis is currently hampered by lack of reliable biomarkers. (1) H magnetic resonance spectroscopy (MRS) offers a noninvasive measure of brain metabolite levels that allows the identification of such potential biomarkers. This study aimed at using MRS on an ultrahigh field 14.1 T magnet to explore the striatal metabolic changes occurring in two different rat models of the disease. Rats lesioned by the injection of 6-hydroxydopamine (6-OHDA) in the medial-forebrain bundle were used to model a complete nigrostriatal lesion while a genetic model based on the nigral injection of an adeno-associated viral (AAV) vector coding for the human α-synuclein was used to model a progressive neurodegeneration and dopaminergic neuron dysfunction, thereby replicating conditions closer to early pathological stages of PD. MRS measurements in the striatum of the 6-OHDA rats revealed significant decreases in glutamate and N-acetyl-aspartate levels and a significant increase in GABA level in the ipsilateral hemisphere compared with the contralateral one, while the αSyn overexpressing rats showed a significant increase in the GABA striatal level only. Therefore, we conclude that MRS measurements of striatal GABA levels could allow for the detection of early nigrostriatal defects prior to outright neurodegeneration and, as such, offers great potential as a sensitive biomarker of presymptomatic PD.