Social and temporal organization in an ant colony

Ant colonies are known for their complex and efficient social organization that com-pletely lacks hierarchical structure. However, due to methodological difficulties in follow¬ing all ants of a colony, it was until now impossible to investigate the social and temporal organization of colonies. We developed a tracking system that allows tracking the posi¬tions and orientations of several hundred individually labeled ants continuously, providing for the first time quantitative long term data on all individuals of a colony. These data permit reconstructing trajectories, activity patterns and social networks of all ants in a colony and enable us to investigate ant behavior quantitatively in previously unpreceded ways. By analyzing the spatial positions and social interactions of all ants in six colonies for 41 days we show that ant colonies are organized in groups of nurses, nest patrollers and foragers. Workers of each group were highly interconnected and occupied similar spa¬tial locations in the nest. Groups strongly segregated spatially, and were characterized by unique behavioral signatures. Nurses spent most of their time on the brood. Nest patrollers frequently visited the rubbish pile, and foragers frequently visited the forag¬ing arena. In addition nurses were on average younger than nest patrollers who were, in turn, younger than foragers. We further show that workers had a preferred behav¬ioral trajectory and moved from nursing to nest patrolling, and from nest patrolling to foraging. By analyzing the activity patterns of all ants we show that only a third of all workers in a colony exhibit circadian rhythms and that these rhythms shortened by on av¬erage 42 minutes in constant darkness, thereby demonstrating the presence of a functional endogenous clock. Most rhythmic workers were foragers suggesting that rhythmicity is tightly associated with task. Nurses and nest patrollers were arrhythmic which most likely reflects plasticity of the circadian clock, as isolated workers in many species exhibit circadian rhythmicity. Altogether our results emphasize that ant colonies, despite their chaotic appearance, repose on a strong underlying social and temporal organization. - Les colonies de fourmis sont connues pour leur organisation sociale complexe et effi-cace, charactérisée par un manque absolu de structure hiérarchique. Cependant, puisqu'il est techniquement très difficile de suivre toutes les fourmis d'une colonie, il a été jusqu'à maintenant impossible d'étudier l'organisation sociale et temporelle des colonies de four-mis. Nous avons développé un système qui permet d'extraire en temps réel à partir d'images vidéo les positions et orientations de plusieurs centaines de fourmis marquées individuellement. Nous avons pu ainsi générer pour la première fois des données quanti-tatives et longitudinales relatives à des fourmis appartenant à une colonie. Ces données nous ont permis de reconstruire la trajectoire et l'activité de chaque fourmi ainsi que ses réseaux sociaux. Ceci nous a permis d'étudier de manière exhaustive et objective le com-portement de tous les individus d'une colonie. En analysant les données spatiales et les interactions sociales de toutes les fourmis de six colonies qui ont été filmées pendant 41 jours, nous montrons que les fourmis d'une même colonie se répartissent en trois groupes: nourrices, patrouilleuses et approvisionneuses. Les fourmis d'un même groupe interagis-sent fréquemment et occupent le même espace à l'intérieur du nid. L'espace propre à un groupe se recoupe très peu avec celui des autres. Chaque groupe est caractérisé par un comportement typique. Les nourrices s'affairent surtout autour du couvain. Les pa-trouilleuses font de fréquents déplacements vers le tas d'ordures, et les approvisionneuses sortent souvent du nid. Les nourrices sont en moyenne plus jeunes que les patrouilleuses qui, à leur tour, sont plus jeunes que les approvisionneuses. De plus, nous montrons que les ouvrières changent de tâche au cours de leur vie, passant de nourrice à patrouilleuse puis à approvisionneuse. En analysant l'activité de chaque fourmi, nous montrons que seulement un tiers des ouvrières d'une colonie présente des rythmes circadiens et que ces rythmes diminuent en moyenne de 42 minutes lorsqu'il y a obscurité constante, ce qui démontre ainsi la présence d'une horloge endogène. De plus, la plupart des approvi¬sionneuses ont une activité rythmique alors que les nourrices et patrouilleuses présentent une activité arythmique, ce qui suggère que la rythmicité est étroitement associée à la tâche. L'arythmie des nourrices et patrouilleuses repose probablement sur une plasticité de l'horloge endogène car des ouvrières de nombreuses espèces font preuve d'une ryth¬micité circadienne lorsqu'elles sont isolées de la colonie. Dans l'ensemble nos résultats révèlent qu'une colonie de fourmis se fonde sur une solide organisation sociale et tem¬porelle malgré son apparence chaotique.

Effects of antiresorptive agents on bone micro-architecture assessed by Trabecular Bone Score in women age 50 and older. The Manitoba Prospective Study

Antiresorptive agents such as bisphosphonates induce a rapid increase of BMD during the 1st year of treatment and a partial maintenance of bone architecture. Trabecular Bone Score (TBS), a new grey-level texture measurement that can be extracted from the DXA image, correlates with 3D parameters of bone micro-architecture. Aim: To evaluate the longitudinal effect of antiresorptive agents on spine BMD and on site-matched spine microarchitecture as assessed by TBS. Methods: From the BMD database for Province of Manitoba, Canada, we selected women age >50 with paired baseline and follow up spine DXA examinations who had not received any prior HRT or other antiresorptive drug.Women were divided in two subgroups: (1) those not receiving any HRT or antiresorptive drug during follow up (=non-users) and (2) those receiving non-HRT antiresorptive drug during follow up (=users) with high adherence (medication possession ratio >75%) from a provincial pharmacy database system. Lumbar spine TBS was derived by the Bone Disease Unit, University of Lausanne, for each spine DXA examination using anonymized files (blinded from clinical parameters and outcomes). Effects of antiresorptive treatment for users and non-users on TBS and BMD at baseline and during mean 3.7 years follow-up were compared. Results were expressed % change per year. Results: 1150 non-users and 534 users met the inclusion criteria. At baseline, users and non-users had a mean age and BMI of [62.2±7.9 vs 66.1±8.0 years] and [26.3±4.7 vs 24.7±4.0 kg/m²] respectively. Antiresorptive drugs received by users were bisphosphonates (86%), raloxifene (10%) and calcitonin (4%). Significant differences in BMD change and TBS change were seen between users and nonusers during follow-up (p<0.0001). Significant decreases in mean BMD and TBS (−0.36± 0.05% per year; −0.31±0.06% per year) were seen for non-users compared with baseline (p<0.001). A significant increase in mean BMD was seen for users compared with baseline (+1.86±0.0% per year, p<0.0018). TBS of users also increased compared with baseline (+0.20±0.08% per year, p<0.001), but more slowly than BMD. Conclusion: We observed a significant increase in spine BMD and a positive maintenance of bone micro-architecture from TBS with antiresorptive treatment, whereas the treatment naïve group lost both density and micro-architecture. TBS seems to be responsive to treatment and could be suitable for monitoring micro-architecture. This article is part of a Special Issue entitled ECTS 2011. Disclosure of interest: M.-A. Krieg: None declared, A. Goertzen: None declared, W. Leslie: None declared, D. Hans Consulting fees from Medimaps.

Colonic movements in healthy subjects as monitored by a Magnet Tracking System

Rapport de synthèse : Le Magnet Tracking System (MTS) est une technique peu invasive d'investigation de la motilité de l'entier du tube digestif. Elle repose sur le suivi de la progression d'un aimant par des senseurs externes en temps réel et dans les 3 dimensions. Dans cette étude, le MTS a été utilisé pour étudier les caractéristiques de propulsion propres aux différents segments coliques ainsi que pour comparer le transit de l'aimant permanent du MTS à celui de marqueurs radioopaques habituellement utilisés. Dix hommes et 10 femmes ayant un transit gastro-intestinal régulier ont ingéré simultanément un aimant de MTS et une capsule contenant 10 marqueurs radio-opaques, à 20h00. Les enregistrements se sont ensuite déroulés sur 2 matinées successives de 5 heures. L'analyse des données brutes recueillies a permis de réaliser une projection spatio-temporelle de la trajectoire de l'aimant dans le tube digestif ainsi qu'une description précise de l'origine, de la direction, de l'amplitude et de la vitesse des mouvements coliques. Des radiographies d'abdomen ont permis de comparer les positions respectives des marqueurs radio-opaques et de l'aimant du MTS. Durant 90% du temps d'enregistrement, l'aimant était immobile ou présentait des mouvements alternatifs de faible amplitude. Le reste des enregistrements consiste en activité propulsive dont 20% représentent des déplacements rétrogrades et une description très précise de 34 mouvements de masses. L'analyse des déplacements démontre une distribution bimodales des vitesses voisine de 1.5 et 50 cm /min, ce tant en direction orale que caudale. Deux tiers des distances parcourues le sont à vitesse rapide. L'analyse segmentaire confirme une progression horaire absolue supérieure dans le côlon gauche que droit. L'analyse détaillée par segment colique, reposant sur la description des déplacements enregistrés correspond aux rôles reconnus des différents segments, notamment de aire de stockage et de conditionnement du côlon ascendant ou de transit du côlon descendant. La comparaison des 2 sexes démontre un nombre plus important de mouvements, particulièrement de mouvements de masse chez l'homme. Les radiographies montrent une bonne corrélation entre la position de l'aimant et celle des marqueurs radio-opaques. Le MTS permet ainsi une description précise des caractéristiques propulsives des différents segments coliques, notamment par l'analyse détaillée des progressions à vitesses lente et rapide et leurs directions. Des distinctions peuvent également être notées en fonction du sexe. Ces investigations offrent de nouvelles perspectives pour l'étude des troubles de la motilité digestive.

Colonic movements in healthy subjects as monitored by a Magnet Tracking System.

The Magnet Tracking System (MTS) is a minimally-invasive technique of continuous evaluation of gastrointestinal motility. In this study, MTS was used to analyse colonic propulsive dynamics and compare the transit of a magnetic pill with that of standard radio-opaque markers. MTS monitors the progress in real time of a magnetic pill through the gut. Ten men and 10 women with regular daily bowel movements swallowed this pill and 10 radio-opaque markers at 8 pm. Five hours of recordings were conducted during 2 following mornings. Origin, direction, amplitude and velocity of movements were analysed relative to space-time plots of the pill trajectory. Abdominal radiographs were taken to compare the progress of both pill and markers. The magnetic pill lay idle for 90% of its sojourn in the colon; its total retrograde displacement accounted for only 20% of its overall movement. Analysis of these movements showed a bimodal distribution of velocities: around 1.5 and 50 cm min(-1), the latter being responsible for 2/3 of distance traversed. There were more movements overall and more mass movements in males. Net hourly forward progress was greater in the left than right colon, and greater in males. The position of the magnetic pill correlated well with the advancement of markers. MTS showed patterns and propulsion dynamics of colonic segments with as yet unmet precision. Detailed analysis of slow and fast patterns of colonic progress makes it possible to specify the motility of colonic segments, and any variability in gender. Such analysis opens up promising avenues in studies of motility disorders.

CleanEx: a database of heterogeneous gene expression data based on a consistent gene nomenclature and linked to an improved annotation system

Résumé: L'automatisation du séquençage et de l'annotation des génomes, ainsi que l'application à large échelle de méthodes de mesure de l'expression génique, génèrent une quantité phénoménale de données pour des organismes modèles tels que l'homme ou la souris. Dans ce déluge de données, il devient très difficile d'obtenir des informations spécifiques à un organisme ou à un gène, et une telle recherche aboutit fréquemment à des réponses fragmentées, voir incomplètes. La création d'une base de données capable de gérer et d'intégrer aussi bien les données génomiques que les données transcriptomiques peut grandement améliorer la vitesse de recherche ainsi que la qualité des résultats obtenus, en permettant une comparaison directe de mesures d'expression des gènes provenant d'expériences réalisées grâce à des techniques différentes. L'objectif principal de ce projet, appelé CleanEx, est de fournir un accès direct aux données d'expression publiques par le biais de noms de gènes officiels, et de représenter des données d'expression produites selon des protocoles différents de manière à faciliter une analyse générale et une comparaison entre plusieurs jeux de données. Une mise à jour cohérente et régulière de la nomenclature des gènes est assurée en associant chaque expérience d'expression de gène à un identificateur permanent de la séquence-cible, donnant une description physique de la population d'ARN visée par l'expérience. Ces identificateurs sont ensuite associés à intervalles réguliers aux catalogues, en constante évolution, des gènes d'organismes modèles. Cette procédure automatique de traçage se fonde en partie sur des ressources externes d'information génomique, telles que UniGene et RefSeq. La partie centrale de CleanEx consiste en un index de gènes établi de manière hebdomadaire et qui contient les liens à toutes les données publiques d'expression déjà incorporées au système. En outre, la base de données des séquences-cible fournit un lien sur le gène correspondant ainsi qu'un contrôle de qualité de ce lien pour différents types de ressources expérimentales, telles que des clones ou des sondes Affymetrix. Le système de recherche en ligne de CleanEx offre un accès aux entrées individuelles ainsi qu'à des outils d'analyse croisée de jeux de donnnées. Ces outils se sont avérés très efficaces dans le cadre de la comparaison de l'expression de gènes, ainsi que, dans une certaine mesure, dans la détection d'une variation de cette expression liée au phénomène d'épissage alternatif. Les fichiers et les outils de CleanEx sont accessibles en ligne (http://www.cleanex.isb-sib.ch/). Abstract: The automatic genome sequencing and annotation, as well as the large-scale gene expression measurements methods, generate a massive amount of data for model organisms. Searching for genespecific or organism-specific information througout all the different databases has become a very difficult task, and often results in fragmented and unrelated answers. The generation of a database which will federate and integrate genomic and transcriptomic data together will greatly improve the search speed as well as the quality of the results by allowing a direct comparison of expression results obtained by different techniques. The main goal of this project, called the CleanEx database, is thus to provide access to public gene expression data via unique gene names and to represent heterogeneous expression data produced by different technologies in a way that facilitates joint analysis and crossdataset comparisons. A consistent and uptodate gene nomenclature is achieved by associating each single gene expression experiment with a permanent target identifier consisting of a physical description of the targeted RNA population or the hybridization reagent used. These targets are then mapped at regular intervals to the growing and evolving catalogues of genes from model organisms, such as human and mouse. The completely automatic mapping procedure relies partly on external genome information resources such as UniGene and RefSeq. The central part of CleanEx is a weekly built gene index containing crossreferences to all public expression data already incorporated into the system. In addition, the expression target database of CleanEx provides gene mapping and quality control information for various types of experimental resources, such as cDNA clones or Affymetrix probe sets. The Affymetrix mapping files are accessible as text files, for further use in external applications, and as individual entries, via the webbased interfaces . The CleanEx webbased query interfaces offer access to individual entries via text string searches or quantitative expression criteria, as well as crossdataset analysis tools, and crosschip gene comparison. These tools have proven to be very efficient in expression data comparison and even, to a certain extent, in detection of differentially expressed splice variants. The CleanEx flat files and tools are available online at: http://www.cleanex.isbsib. ch/.

Tracking the ghost of coevolution in specific plant-insect interactions : the case of the pollination system between the globeflower Trollius europaeus and seven european Chiastocheta flies

This study aims at understanding the evolutionary processes at work in specialized species interactions. Prom the macroevolutionary perspective, coevolution among specialized taxa was proposed to be one of the major processes generating biodiversity. We challenge this idea from the theoretical and practical perspective and through a literature review and show that the major hypotheses linking coevolutionary process with macroevolutionary patterns do not necessarily predict lineage co diversification and parallel speciation, limit¬ing the utility of the comparative phylogenenetic approach for investigating coevolution¬ary processes. We also point to the rarity of observed long-term coevolutionary dynamics among lineages and propose that coevolution rather occurs in shorter timescales, followed by ecological fitting. Prom the empirical point, we focus on the nursery pollination interaction between the European globeflower Trollius europaeus (Ranunculaceae) and its associated Chiastocheta flies (Anthomyiidae; Diptera) as a model system of evolution and maintenance of special¬ized interactions. The flies are obligate parasites of the seeds, but also pollinate the plant - it was thus proposed that both species are mutually dependent. Contrasting with the paradigm used for two decades of research on this system, we show that the female fitness component of the plant is similar in the populations with and without Chiastocheta. The plant is thus not exclusively dependent on the flies for reproduction. We discuss this result in the context of the factors responsible for the evolution of mutualistic systems. Understanding the evolution of a biological system requires understanding of its phylo- genetic context. Previous studies showed large mismatch between mtDNA phylogeny and morphological taxonomy in Chiastocheta. By using a large set of RAD-sequencing loci, we delineate the species limits that are congruent with morphology, and show that the discordance is best explained by the scenario of mitochondrial capture among fly species. Finally, we examine this system from a phylogeographic perspective, and identify the lack of congruence in spatial genetic structures of the plant and associated insects across their whole geographic range. The flies show lower numbers of spatial genetic groups than the plant, indicating that not all of the plant réfugia were shared by all the fly species or that the migration dynamics homogenized some of the groups. The incongruence in spatial genetic patterns indicates that fly migrations were largely independent from the genetic background of the plant, following rather a scenario of resource tracking, without the signature of coevolutionary process at this scale. Indeed, while the flies require the plant to survive climatic oscillations, the opposite is not true. Eventually, we show that there is no phylogenetic signal of spatial genetic structures, meaning that neither histories nor life- history traits are shared among closely related species and that species are characterized by unique trajectories of their genes. -- Cette étude vise à comprendre les processus évolutifs à l'oeuvre au sein d'interactions en¬tre espèces spécialisées. Du point de vue macroévolutif, la coévolution entre les taxons spécialisée a été considérée comme l'un des principaux processus générateur de biodiversité. Nous contestons cette idée du point de vue théorique et pratique à travers une revue de la littérature. Nous montrons que les hypothèses majeures reliant les processus coévolutifs avec les patterns de diversité au niveau macroévolutif ne prédisent pas nécessairement la co- diversification des lignées et leur spéciation parallèle, ce qui limite l'utilité de l'approche de phylogénie comparative pour étudier les processus coévolutifs . Nous rappelons également le peu d'exemples de dynamique coévolutive à long terme et proposons que la coévolution se produit plutôt dans des intervalles courts, suivis d'ajustements écologiques. Du point empirique, nous nous concentrons sur l'interaction de pollinisation entre le Trolle d'Europe Trollius europaeus (Ranunculaceae) et ses pollinisateurs associés, du genre Chiastocheta (Anthomyiidae; Diptera) en tant que système-modèle pour étudier l'évolution et le maintien des interactions spécialisées. Les mouches sont des parasites obligatoires des semences, mais pollinisent également la plante. Il a donc été proposé que les deux espèces soient mutuellement dépendantes. Contrastant avec le paradigme utilisé pendant deux décennies de recherche sur ce système, nous montrons, que la composante de fitness femelle de la plante est similaire dans les populations avec et sans Chiastocheta. La plante ne dépend donc pas exclusivement de son interaction avec les mouches pour la reproduction. Nous discutons de ce résultat dans le contexte des facteurs responsables de l'évolution des systèmes mutualistes. Comprendre l'évolution d'un système biologique nécessite la compréhension de son con- texte phylogénétique. Des études antérieures ont montré, chez Chiastocheta, de grandes disparités entre les phylogénies obtenues à partir d'ADN mitochondrial et la taxonomie basée sur les critères morphologiques. En utilisant un grand nombre de loci obtenus par RAD-sequencing, nous traçons les limites des espèces, qui concordent avec les car¬actéristiques morphologies, et montrons que la discordance s'explique en fait par un scénario de capture mitochondriale entre espèces de mouches. Enfin, nous examinons le système d'un point de vue phylogéographique, et identi¬fions les incohérences entre structurations génétiques spatiales de la plante et des insectes associés dans toute leur aire de distribution géographique. Les mouches présentent un nombre de groupes génétiques inférieur à la plante, indiquant que tous les refuges de la plante n'étaient pas partagés par toutes les espèces de mouches ou que les dynamiques migratoires ont homogénéisés certains des groupes chez les mouches. Les différences ob¬servées dans les patrons de structuration génétique spatiale indique que les migrations et dispersions des mouches ont été indépendantes du contexte génétique de la plante, et ces dernières ont été uniquement tributaires de la disponibilité des ressources, sans qu'il n'y ait de signature du processus de coévolution à cette échelle. En effet, tandis que les mouches ont besoin de la plante pour survivre aux oscillations climatiques, le contraire n'est pas exact. Finalement, nous montrons qu'il n'y a pas de signal phylogénétique des structurations génétiques spatiales chez les mouches, ce qui signifie que ni l'histoire, ni les traits d'histoire de vie ne sont partagés entre les espèces phylogénétiquement proches et que les espèces sont caractérisées par des trajectoires uniques de leurs gènes.

MIMAS 3.0 is a Multiomics Information Management and Annotation System.

BACKGROUND: DNA sequence integrity, mRNA concentrations and protein-DNA interactions have been subject to genome-wide analyses based on microarrays with ever increasing efficiency and reliability over the past fifteen years. However, very recently novel technologies for Ultra High-Throughput DNA Sequencing (UHTS) have been harnessed to study these phenomena with unprecedented precision. As a consequence, the extensive bioinformatics environment available for array data management, analysis, interpretation and publication must be extended to include these novel sequencing data types. DESCRIPTION: MIMAS was originally conceived as a simple, convenient and local Microarray Information Management and Annotation System focused on GeneChips for expression profiling studies. MIMAS 3.0 enables users to manage data from high-density oligonucleotide SNP Chips, expression arrays (both 3'UTR and tiling) and promoter arrays, BeadArrays as well as UHTS data using MIAME-compliant standardized vocabulary. Importantly, researchers can export data in MAGE-TAB format and upload them to the EBI's ArrayExpress certified data repository using a one-step procedure. CONCLUSION: We have vastly extended the capability of the system such that it processes the data output of six types of GeneChips (Affymetrix), two different BeadArrays for mRNA and miRNA (Illumina) and the Genome Analyzer (a popular Ultra-High Throughput DNA Sequencer, Illumina), without compromising on its flexibility and user-friendliness. MIMAS, appropriately renamed into Multiomics Information Management and Annotation System, is currently used by scientists working in approximately 50 academic laboratories and genomics platforms in Switzerland and France. MIMAS 3.0 is freely available via http://multiomics.sourceforge.net/.

Interpretation of partial fingermarks using an automated fingerprint identification system

Abstract : In the subject of fingerprints, the rise of computers tools made it possible to create powerful automated search algorithms. These algorithms allow, inter alia, to compare a fingermark to a fingerprint database and therefore to establish a link between the mark and a known source. With the growth of the capacities of these systems and of data storage, as well as increasing collaboration between police services on the international level, the size of these databases increases. The current challenge for the field of fingerprint identification consists of the growth of these databases, which makes it possible to find impressions that are very similar but coming from distinct fingers. However and simultaneously, this data and these systems allow a description of the variability between different impressions from a same finger and between impressions from different fingers. This statistical description of the withinand between-finger variabilities computed on the basis of minutiae and their relative positions can then be utilized in a statistical approach to interpretation. The computation of a likelihood ratio, employing simultaneously the comparison between the mark and the print of the case, the within-variability of the suspects' finger and the between-variability of the mark with respect to a database, can then be based on representative data. Thus, these data allow an evaluation which may be more detailed than that obtained by the application of rules established long before the advent of these large databases or by the specialists experience. The goal of the present thesis is to evaluate likelihood ratios, computed based on the scores of an automated fingerprint identification system when the source of the tested and compared marks is known. These ratios must support the hypothesis which it is known to be true. Moreover, they should support this hypothesis more and more strongly with the addition of information in the form of additional minutiae. For the modeling of within- and between-variability, the necessary data were defined, and acquired for one finger of a first donor, and two fingers of a second donor. The database used for between-variability includes approximately 600000 inked prints. The minimal number of observations necessary for a robust estimation was determined for the two distributions used. Factors which influence these distributions were also analyzed: the number of minutiae included in the configuration and the configuration as such for both distributions, as well as the finger number and the general pattern for between-variability, and the orientation of the minutiae for within-variability. In the present study, the only factor for which no influence has been shown is the orientation of minutiae The results show that the likelihood ratios resulting from the use of the scores of an AFIS can be used for evaluation. Relatively low rates of likelihood ratios supporting the hypothesis known to be false have been obtained. The maximum rate of likelihood ratios supporting the hypothesis that the two impressions were left by the same finger when the impressions came from different fingers obtained is of 5.2 %, for a configuration of 6 minutiae. When a 7th then an 8th minutia are added, this rate lowers to 3.2 %, then to 0.8 %. In parallel, for these same configurations, the likelihood ratios obtained are on average of the order of 100,1000, and 10000 for 6,7 and 8 minutiae when the two impressions come from the same finger. These likelihood ratios can therefore be an important aid for decision making. Both positive evolutions linked to the addition of minutiae (a drop in the rates of likelihood ratios which can lead to an erroneous decision and an increase in the value of the likelihood ratio) were observed in a systematic way within the framework of the study. Approximations based on 3 scores for within-variability and on 10 scores for between-variability were found, and showed satisfactory results. Résumé : Dans le domaine des empreintes digitales, l'essor des outils informatisés a permis de créer de puissants algorithmes de recherche automatique. Ces algorithmes permettent, entre autres, de comparer une trace à une banque de données d'empreintes digitales de source connue. Ainsi, le lien entre la trace et l'une de ces sources peut être établi. Avec la croissance des capacités de ces systèmes, des potentiels de stockage de données, ainsi qu'avec une collaboration accrue au niveau international entre les services de police, la taille des banques de données augmente. Le défi actuel pour le domaine de l'identification par empreintes digitales consiste en la croissance de ces banques de données, qui peut permettre de trouver des impressions très similaires mais provenant de doigts distincts. Toutefois et simultanément, ces données et ces systèmes permettent une description des variabilités entre différentes appositions d'un même doigt, et entre les appositions de différents doigts, basées sur des larges quantités de données. Cette description statistique de l'intra- et de l'intervariabilité calculée à partir des minuties et de leurs positions relatives va s'insérer dans une approche d'interprétation probabiliste. Le calcul d'un rapport de vraisemblance, qui fait intervenir simultanément la comparaison entre la trace et l'empreinte du cas, ainsi que l'intravariabilité du doigt du suspect et l'intervariabilité de la trace par rapport à une banque de données, peut alors se baser sur des jeux de données représentatifs. Ainsi, ces données permettent d'aboutir à une évaluation beaucoup plus fine que celle obtenue par l'application de règles établies bien avant l'avènement de ces grandes banques ou par la seule expérience du spécialiste. L'objectif de la présente thèse est d'évaluer des rapports de vraisemblance calcul és à partir des scores d'un système automatique lorsqu'on connaît la source des traces testées et comparées. Ces rapports doivent soutenir l'hypothèse dont il est connu qu'elle est vraie. De plus, ils devraient soutenir de plus en plus fortement cette hypothèse avec l'ajout d'information sous la forme de minuties additionnelles. Pour la modélisation de l'intra- et l'intervariabilité, les données nécessaires ont été définies, et acquises pour un doigt d'un premier donneur, et deux doigts d'un second donneur. La banque de données utilisée pour l'intervariabilité inclut environ 600000 empreintes encrées. Le nombre minimal d'observations nécessaire pour une estimation robuste a été déterminé pour les deux distributions utilisées. Des facteurs qui influencent ces distributions ont, par la suite, été analysés: le nombre de minuties inclus dans la configuration et la configuration en tant que telle pour les deux distributions, ainsi que le numéro du doigt et le dessin général pour l'intervariabilité, et la orientation des minuties pour l'intravariabilité. Parmi tous ces facteurs, l'orientation des minuties est le seul dont une influence n'a pas été démontrée dans la présente étude. Les résultats montrent que les rapports de vraisemblance issus de l'utilisation des scores de l'AFIS peuvent être utilisés à des fins évaluatifs. Des taux de rapports de vraisemblance relativement bas soutiennent l'hypothèse que l'on sait fausse. Le taux maximal de rapports de vraisemblance soutenant l'hypothèse que les deux impressions aient été laissées par le même doigt alors qu'en réalité les impressions viennent de doigts différents obtenu est de 5.2%, pour une configuration de 6 minuties. Lorsqu'une 7ème puis une 8ème minutie sont ajoutées, ce taux baisse d'abord à 3.2%, puis à 0.8%. Parallèlement, pour ces mêmes configurations, les rapports de vraisemblance sont en moyenne de l'ordre de 100, 1000, et 10000 pour 6, 7 et 8 minuties lorsque les deux impressions proviennent du même doigt. Ces rapports de vraisemblance peuvent donc apporter un soutien important à la prise de décision. Les deux évolutions positives liées à l'ajout de minuties (baisse des taux qui peuvent amener à une décision erronée et augmentation de la valeur du rapport de vraisemblance) ont été observées de façon systématique dans le cadre de l'étude. Des approximations basées sur 3 scores pour l'intravariabilité et sur 10 scores pour l'intervariabilité ont été trouvées, et ont montré des résultats satisfaisants.

A Bayesian network approach to the database serch problem in criminal proceedings

Background The 'database search problem', that is, the strengthening of a case - in terms of probative value - against an individual who is found as a result of a database search, has been approached during the last two decades with substantial mathematical analyses, accompanied by lively debate and centrally opposing conclusions. This represents a challenging obstacle in teaching but also hinders a balanced and coherent discussion of the topic within the wider scientific and legal community. This paper revisits and tracks the associated mathematical analyses in terms of Bayesian networks. Their derivation and discussion for capturing probabilistic arguments that explain the database search problem are outlined in detail. The resulting Bayesian networks offer a distinct view on the main debated issues, along with further clarity. Methods As a general framework for representing and analyzing formal arguments in probabilistic reasoning about uncertain target propositions (that is, whether or not a given individual is the source of a crime stain), this paper relies on graphical probability models, in particular, Bayesian networks. This graphical probability modeling approach is used to capture, within a single model, a series of key variables, such as the number of individuals in a database, the size of the population of potential crime stain sources, and the rarity of the corresponding analytical characteristics in a relevant population. Results This paper demonstrates the feasibility of deriving Bayesian network structures for analyzing, representing, and tracking the database search problem. The output of the proposed models can be shown to agree with existing but exclusively formulaic approaches. Conclusions The proposed Bayesian networks allow one to capture and analyze the currently most well-supported but reputedly counter-intuitive and difficult solution to the database search problem in a way that goes beyond the traditional, purely formulaic expressions. The method's graphical environment, along with its computational and probabilistic architectures, represents a rich package that offers analysts and discussants with additional modes of interaction, concise representation, and coherent communication.