On estimation and identifiability issues of sex-linked inheritance with a case study of pigmentation in Swiss barn owl (Tyto alba)

Genetic evaluation using animal models or pedigree-based models generally assume only autosomal inheritance. Bayesian animal models provide a flexible framework for genetic evaluation, and we show how the model readily can accommodate situations where the trait of interest is influenced by both autosomal and sex-linked inheritance. This allows for simultaneous calculation of autosomal and sex-chromosomal additive genetic effects. Inferences were performed using integrated nested Laplace approximations (INLA), a nonsampling-based Bayesian inference methodology. We provide a detailed description of how to calculate the inverse of the X- or Z-chromosomal additive genetic relationship matrix, needed for inference. The case study of eumelanic spot diameter in a Swiss barn owl (Tyto alba) population shows that this trait is substantially influenced by variation in genes on the Z-chromosome (sigma(2)(z) = 0.2719 and sigma(2)(a) = 0.4405). Further, a simulation study for this study system shows that the animal model accounting for both autosomal and sex-chromosome-linked inheritance is identifiable, that is, the two effects can be distinguished, and provides accurate inference on the variance components.

An algebraic operator approach to the analysis of Gerber-Shiu functions

We introduce an algebraic operator framework to study discounted penalty functions in renewal risk models. For inter-arrival and claim size distributions with rational Laplace transform, the usual integral equation is transformed into a boundary value problem, which is solved by symbolic techniques. The factorization of the differential operator can be lifted to the level of boundary value problems, amounting to iteratively solving first-order problems. This leads to an explicit expression for the Gerber-Shiu function in terms of the penalty function.

Quantitative genetic modeling and inference in the presence of nonignorable missing data.

Natural selection is typically exerted at some specific life stages. If natural selection takes place before a trait can be measured, using conventional models can cause wrong inference about population parameters. When the missing data process relates to the trait of interest, a valid inference requires explicit modeling of the missing process. We propose a joint modeling approach, a shared parameter model, to account for nonrandom missing data. It consists of an animal model for the phenotypic data and a logistic model for the missing process, linked by the additive genetic effects. A Bayesian approach is taken and inference is made using integrated nested Laplace approximations. From a simulation study we find that wrongly assuming that missing data are missing at random can result in severely biased estimates of additive genetic variance. Using real data from a wild population of Swiss barn owls Tyto alba, our model indicates that the missing individuals would display large black spots; and we conclude that genes affecting this trait are already under selection before it is expressed. Our model is a tool to correctly estimate the magnitude of both natural selection and additive genetic variance.

Reshaping the remodelled left ventricle: a new concept.

OBJECTIVE: Based on the law of Laplace, transventricular tension members were designed to diminish wall stress by changing the left ventricle (LV) globular shape to a bilobular one, thus reducing the ventricular wall radius of curvature. This concept was tested in a model of congestive heart failure. METHODS: Seven calves were used for the study (74.3+/-4.2 kg). Treatment efficacy was assessed with sonomicrometric wall motion analysis coupled with intraventricular pressure measurement. Preload increase was applied stepwise with tension members in released and tightened position. RESULTS: Tightening of the tension members improved systolic function for CVP>10 mmHg (dP/dt: 828+/-122 vs. 895+/-112 mmHg/s, P=0.019, for baseline and 20% stress level reduction respectively; wall thickening: 11.6+/-1.5 vs. 13.3+/-1.7%, P<0.001) and diastolic function (LV end-diastolic pressure: 15.9+/-4.8 vs. 13.6+/-2.7 mmHg, P<0.001, for CVP>10 mmHg; peak rate of wall thinning: -12.2+/-2.2 vs. -14+/-2.3 cm(2)/s, P<0.001 and logistic time constant of isovolumic relaxation: 48.4 +/-10.9 vs. 39.8+/-9.6ms, P<0.001, for CVP>5 mmHg). CONCLUSIONS: This less aggressive LV reduction method significantly improves contractility and relaxation parameters in this model of congestive heart failure.

Integral cohomology of finite postnikov towers

Depuis le séminaire H. Cartan de 1954-55, il est bien connu que l'on peut trouver des éléments de torsion arbitrairement grande dans l'homologie entière des espaces d'Eilenberg-MacLane K(G,n) où G est un groupe abélien non trivial et n>1. L'objectif majeur de ce travail est d'étendre ce résultat à des H-espaces possédant plus d'un groupe d'homotopie non trivial. Dans le but de contrôler précisément le résultat de H. Cartan, on commence par étudier la dualité entre l'homologie et la cohomologie des espaces d'Eilenberg-MacLane 2-locaux de type fini. On parvient ainsi à raffiner quelques résultats qui découlent des calculs de H. Cartan. Le résultat principal de ce travail peut être formulé comme suit. Soit X un H-espace ne possédant que deux groupes d'homotopie non triviaux, tous deux finis et de 2-torsion. Alors X n'admet pas d'exposant pour son groupe gradué d'homologie entière réduite. On construit une large classe d'espaces pour laquelle ce résultat n'est qu'une conséquence d'une caractéristique topologique, à savoir l'existence d'un rétract faible X K(G,n) pour un certain groupe abélien G et n>1. On généralise également notre résultat principal à des espaces plus compliqués en utilisant la suite spectrale d'Eilenberg-Moore ainsi que des méthodes analytiques faisant apparaître les nombres de Betti et leur comportement asymptotique. Finalement, on conjecture que les espaces qui ne possédent qu'un nombre fini de groupes d'homotopie non triviaux n'admettent pas d'exposant homologique. Ce travail contient par ailleurs la présentation de la « machine d'Eilenberg-MacLane », un programme C++ conçu pour calculer explicitement les groupes d'homologie entière des espaces d'Eilenberg-MacLane. <br/><br/>By the work of H. Cartan, it is well known that one can find elements of arbitrarilly high torsion in the integral (co)homology groups of an Eilenberg-MacLane space K(G,n), where G is a non-trivial abelian group and n>1. The main goal of this work is to extend this result to H-spaces having more than one non-trivial homotopy groups. In order to have an accurate hold on H. Cartan's result, we start by studying the duality between homology and cohomology of 2-local Eilenberg-MacLane spaces of finite type. This leads us to some improvements of H. Cartan's methods in this particular case. Our main result can be stated as follows. Let X be an H-space with two non-vanishing finite 2-torsion homotopy groups. Then X does not admit any exponent for its reduced integral graded (co)homology group. We construct a wide class of examples for which this result is a simple consequence of a topological feature, namely the existence of a weak retract X K(G,n) for some abelian group G and n>1. We also generalize our main result to more complicated stable two stage Postnikov systems, using the Eilenberg-Moore spectral sequence and analytic methods involving Betti numbers and their asymptotic behaviour. Finally, we investigate some guesses on the non-existence of homology exponents for finite Postnikov towers. We conjecture that Postnikov pieces do not admit any (co)homology exponent. This work also includes the presentation of the "Eilenberg-MacLane machine", a C++ program designed to compute explicitely all integral homology groups of Eilenberg-MacLane spaces. <br/><br/>Il est toujours difficile pour un mathématicien de parler de son travail. La difficulté réside dans le fait que les objets qu'il étudie sont abstraits. On rencontre assez rarement un espace vectoriel, une catégorie abélienne ou une transformée de Laplace au coin de la rue ! Cependant, même si les objets mathématiques sont difficiles à cerner pour un non-mathématicien, les méthodes pour les étudier sont essentiellement les mêmes que celles utilisées dans les autres disciplines scientifiques. On décortique les objets complexes en composantes plus simples à étudier. On dresse la liste des propriétés des objets mathématiques, puis on les classe en formant des familles d'objets partageant un caractère commun. On cherche des façons différentes, mais équivalentes, de formuler un problème. Etc. Mon travail concerne le domaine mathématique de la topologie algébrique. Le but ultime de cette discipline est de parvenir à classifier tous les espaces topologiques en faisant usage de l'algèbre. Cette activité est comparable à celle d'un ornithologue (topologue) qui étudierait les oiseaux (les espaces topologiques) par exemple à l'aide de jumelles (l'algèbre). S'il voit un oiseau de petite taille, arboricole, chanteur et bâtisseur de nids, pourvu de pattes à quatre doigts, dont trois en avant et un, muni d'une forte griffe, en arrière, alors il en déduira à coup sûr que c'est un passereau. Il lui restera encore à déterminer si c'est un moineau, un merle ou un rossignol. Considérons ci-dessous quelques exemples d'espaces topologiques: a) un cube creux, b) une sphère et c) un tore creux (c.-à-d. une chambre à air). a) b) c) Si toute personne normalement constituée perçoit ici trois figures différentes, le topologue, lui, n'en voit que deux ! De son point de vue, le cube et la sphère ne sont pas différents puisque ils sont homéomorphes: on peut transformer l'un en l'autre de façon continue (il suffirait de souffler dans le cube pour obtenir la sphère). Par contre, la sphère et le tore ne sont pas homéomorphes: triturez la sphère de toutes les façons (sans la déchirer), jamais vous n'obtiendrez le tore. Il existe un infinité d'espaces topologiques et, contrairement à ce que l'on serait naïvement tenté de croire, déterminer si deux d'entre eux sont homéomorphes est très difficile en général. Pour essayer de résoudre ce problème, les topologues ont eu l'idée de faire intervenir l'algèbre dans leurs raisonnements. Ce fut la naissance de la théorie de l'homotopie. Il s'agit, suivant une recette bien particulière, d'associer à tout espace topologique une infinité de ce que les algébristes appellent des groupes. Les groupes ainsi obtenus sont appelés groupes d'homotopie de l'espace topologique. Les mathématiciens ont commencé par montrer que deux espaces topologiques qui sont homéomorphes (par exemple le cube et la sphère) ont les même groupes d'homotopie. On parle alors d'invariants (les groupes d'homotopie sont bien invariants relativement à des espaces topologiques qui sont homéomorphes). Par conséquent, deux espaces topologiques qui n'ont pas les mêmes groupes d'homotopie ne peuvent en aucun cas être homéomorphes. C'est là un excellent moyen de classer les espaces topologiques (pensez à l'ornithologue qui observe les pattes des oiseaux pour déterminer s'il a affaire à un passereau ou non). Mon travail porte sur les espaces topologiques qui n'ont qu'un nombre fini de groupes d'homotopie non nuls. De tels espaces sont appelés des tours de Postnikov finies. On y étudie leurs groupes de cohomologie entière, une autre famille d'invariants, à l'instar des groupes d'homotopie. On mesure d'une certaine manière la taille d'un groupe de cohomologie à l'aide de la notion d'exposant; ainsi, un groupe de cohomologie possédant un exposant est relativement petit. L'un des résultats principaux de ce travail porte sur une étude de la taille des groupes de cohomologie des tours de Postnikov finies. Il s'agit du théorème suivant: un H-espace topologique 1-connexe 2-local et de type fini qui ne possède qu'un ou deux groupes d'homotopie non nuls n'a pas d'exposant pour son groupe gradué de cohomologie entière réduite. S'il fallait interpréter qualitativement ce résultat, on pourrait dire que plus un espace est petit du point de vue de la cohomologie (c.-à-d. s'il possède un exposant cohomologique), plus il est intéressant du point de vue de l'homotopie (c.-à-d. il aura plus de deux groupes d'homotopie non nuls). Il ressort de mon travail que de tels espaces sont très intéressants dans le sens où ils peuvent avoir une infinité de groupes d'homotopie non nuls. Jean-Pierre Serre, médaillé Fields en 1954, a montré que toutes les sphères de dimension >1 ont une infinité de groupes d'homotopie non nuls. Des espaces avec un exposant cohomologique aux sphères, il n'y a qu'un pas à franchir...

The Omega model: from bankruptcy to occupation times in the red

Ruin occurs the first time when the surplus of a company or an institution is negative. In the Omega model, it is assumed that even with a negative surplus, the company can do business as usual until bankruptcy occurs. The probability of bankruptcy at a point of time only depends on the value of the negative surplus at that time. Under the assumption of Brownian motion for the surplus, the expected discounted value of a penalty at bankruptcy is determined, and hence the probability of bankruptcy. There is an intrinsic relation between the probability of no bankruptcy and an exposure random variable. In special cases, the distribution of the total time the Brownian motion spends below zero is found, and the Laplace transform of the integral of the negative part of the Brownian motion is expressed in terms of the Airy function of the first kind.