Classification and management of seeds in retinoblastoma. Ellsworth Lecture Ghent August 24th 2013.

Retinoblastoma has the unique capacity to accelerate its own intra-ocular propagation by adopting semi-solid or even liquid growth properties through seeding. Until recently, the presence of any degree of seeding was mostly incompatible with successful conservative management, due to the multiresistant nature of the seeds. Surprisingly, this well-recognized retinoblastoma behavior has not undergone any detailed description of seeding patterns and anatomic sites. In this paper, we describe the phenotypic variability of seeds across the four possible intraocular seeding compartments and classify them into three fundamental types: namely dust, spheres, and clouds. We also provide an overview of the different therapeutic strategies developed for seeding, with special attention to intravitreal chemotherapy as the treatment of choice for vitreous and retro-hyaloid seeding. Finally, we propose criteria to enable assessment of the response to treatment by reporting seed regression patterns, as well as a clinical grading system for the retinal toxicity observed following intravitreal melphalan.

Multiparametric brainstem segmentation using a modified multivariate mixture of Gaussians

The human brainstem is a densely packed, complex but highly organised structure. It not only serves as a conduit for long projecting axons conveying motor and sensory information, but also is the location of multiple primary nuclei that control or modulate a vast array of functions, including homeostasis, consciousness, locomotion, and reflexive and emotive behaviours. Despite its importance, both in understanding normal brain function as well as neurodegenerative processes, it remains a sparsely studied structure in the neuroimaging literature. In part, this is due to the difficulties in imaging the internal architecture of the brainstem in vivo in a reliable and repeatable fashion. A modified multivariate mixture of Gaussians (mmMoG) was applied to the problem of multichannel tissue segmentation. By using quantitative magnetisation transfer and proton density maps acquired at 3 T with 0.8 mm isotropic resolution, tissue probability maps for four distinct tissue classes within the human brainstem were created. These were compared against an ex vivo fixated human brain, imaged at 0.5 mm, with excellent anatomical correspondence. These probability maps were used within SPM8 to create accurate individual subject segmentations, which were then used for further quantitative analysis. As an example, brainstem asymmetries were assessed across 34 right-handed individuals using voxel based morphometry (VBM) and tensor based morphometry (TBM), demonstrating highly significant differences within localised regions that corresponded to motor and vocalisation networks. This method may have important implications for future research into MRI biomarkers of pre-clinical neurodegenerative diseases such as Parkinson's disease.

Reliability of methods used for the risk assessment of mixture of micropollutants in aquatic enviromments : from theoretical concepts to field observations

Ces dernières années, de nombreuses recherches ont mis en évidence les effets toxiques des micropolluants organiques pour les espèces de nos lacs et rivières. Cependant, la plupart de ces études se sont focalisées sur la toxicité des substances individuelles, alors que les organismes sont exposés tous les jours à des milliers de substances en mélange. Or les effets de ces cocktails ne sont pas négligeables. Cette thèse de doctorat s'est ainsi intéressée aux modèles permettant de prédire le risque environnemental de ces cocktails pour le milieu aquatique. Le principal objectif a été d'évaluer le risque écologique des mélanges de substances chimiques mesurées dans le Léman, mais aussi d'apporter un regard critique sur les méthodologies utilisées afin de proposer certaines adaptations pour une meilleure estimation du risque. Dans la première partie de ce travail, le risque des mélanges de pesticides et médicaments pour le Rhône et pour le Léman a été établi en utilisant des approches envisagées notamment dans la législation européenne. Il s'agit d'approches de « screening », c'est-à-dire permettant une évaluation générale du risque des mélanges. Une telle approche permet de mettre en évidence les substances les plus problématiques, c'est-à-dire contribuant le plus à la toxicité du mélange. Dans notre cas, il s'agit essentiellement de 4 pesticides. L'étude met également en évidence que toutes les substances, même en trace infime, contribuent à l'effet du mélange. Cette constatation a des implications en terme de gestion de l'environnement. En effet, ceci implique qu'il faut réduire toutes les sources de polluants, et pas seulement les plus problématiques. Mais l'approche proposée présente également un biais important au niveau conceptuel, ce qui rend son utilisation discutable, en dehors d'un screening, et nécessiterait une adaptation au niveau des facteurs de sécurité employés. Dans une deuxième partie, l'étude s'est portée sur l'utilisation des modèles de mélanges dans le calcul de risque environnemental. En effet, les modèles de mélanges ont été développés et validés espèce par espèce, et non pour une évaluation sur l'écosystème en entier. Leur utilisation devrait donc passer par un calcul par espèce, ce qui est rarement fait dû au manque de données écotoxicologiques à disposition. Le but a été donc de comparer, avec des valeurs générées aléatoirement, le calcul de risque effectué selon une méthode rigoureuse, espèce par espèce, avec celui effectué classiquement où les modèles sont appliqués sur l'ensemble de la communauté sans tenir compte des variations inter-espèces. Les résultats sont dans la majorité des cas similaires, ce qui valide l'approche utilisée traditionnellement. En revanche, ce travail a permis de déterminer certains cas où l'application classique peut conduire à une sous- ou sur-estimation du risque. Enfin, une dernière partie de cette thèse s'est intéressée à l'influence que les cocktails de micropolluants ont pu avoir sur les communautés in situ. Pour ce faire, une approche en deux temps a été adoptée. Tout d'abord la toxicité de quatorze herbicides détectés dans le Léman a été déterminée. Sur la période étudiée, de 2004 à 2009, cette toxicité due aux herbicides a diminué, passant de 4% d'espèces affectées à moins de 1%. Ensuite, la question était de savoir si cette diminution de toxicité avait un impact sur le développement de certaines espèces au sein de la communauté des algues. Pour ce faire, l'utilisation statistique a permis d'isoler d'autres facteurs pouvant avoir une influence sur la flore, comme la température de l'eau ou la présence de phosphates, et ainsi de constater quelles espèces se sont révélées avoir été influencées, positivement ou négativement, par la diminution de la toxicité dans le lac au fil du temps. Fait intéressant, une partie d'entre-elles avait déjà montré des comportements similaires dans des études en mésocosmes. En conclusion, ce travail montre qu'il existe des modèles robustes pour prédire le risque des mélanges de micropolluants sur les espèces aquatiques, et qu'ils peuvent être utilisés pour expliquer le rôle des substances dans le fonctionnement des écosystèmes. Toutefois, ces modèles ont bien sûr des limites et des hypothèses sous-jacentes qu'il est important de considérer lors de leur application. - Depuis plusieurs années, les risques que posent les micropolluants organiques pour le milieu aquatique préoccupent grandement les scientifiques ainsi que notre société. En effet, de nombreuses recherches ont mis en évidence les effets toxiques que peuvent avoir ces substances chimiques sur les espèces de nos lacs et rivières, quand elles se retrouvent exposées à des concentrations aiguës ou chroniques. Cependant, la plupart de ces études se sont focalisées sur la toxicité des substances individuelles, c'est à dire considérées séparément. Actuellement, il en est de même dans les procédures de régulation européennes, concernant la partie évaluation du risque pour l'environnement d'une substance. Or, les organismes sont exposés tous les jours à des milliers de substances en mélange, et les effets de ces "cocktails" ne sont pas négligeables. L'évaluation du risque écologique que pose ces mélanges de substances doit donc être abordé par de la manière la plus appropriée et la plus fiable possible. Dans la première partie de cette thèse, nous nous sommes intéressés aux méthodes actuellement envisagées à être intégrées dans les législations européennes pour l'évaluation du risque des mélanges pour le milieu aquatique. Ces méthodes sont basées sur le modèle d'addition des concentrations, avec l'utilisation des valeurs de concentrations des substances estimées sans effet dans le milieu (PNEC), ou à partir des valeurs des concentrations d'effet (CE50) sur certaines espèces d'un niveau trophique avec la prise en compte de facteurs de sécurité. Nous avons appliqué ces méthodes à deux cas spécifiques, le lac Léman et le Rhône situés en Suisse, et discuté les résultats de ces applications. Ces premières étapes d'évaluation ont montré que le risque des mélanges pour ces cas d'étude atteint rapidement une valeur au dessus d'un seuil critique. Cette valeur atteinte est généralement due à deux ou trois substances principales. Les procédures proposées permettent donc d'identifier les substances les plus problématiques pour lesquelles des mesures de gestion, telles que la réduction de leur entrée dans le milieu aquatique, devraient être envisagées. Cependant, nous avons également constaté que le niveau de risque associé à ces mélanges de substances n'est pas négligeable, même sans tenir compte de ces substances principales. En effet, l'accumulation des substances, même en traces infimes, atteint un seuil critique, ce qui devient plus difficile en terme de gestion du risque. En outre, nous avons souligné un manque de fiabilité dans ces procédures, qui peuvent conduire à des résultats contradictoires en terme de risque. Ceci est lié à l'incompatibilité des facteurs de sécurité utilisés dans les différentes méthodes. Dans la deuxième partie de la thèse, nous avons étudié la fiabilité de méthodes plus avancées dans la prédiction de l'effet des mélanges pour les communautés évoluant dans le système aquatique. Ces méthodes reposent sur le modèle d'addition des concentrations (CA) ou d'addition des réponses (RA) appliqués sur les courbes de distribution de la sensibilité des espèces (SSD) aux substances. En effet, les modèles de mélanges ont été développés et validés pour être appliqués espèce par espèce, et non pas sur plusieurs espèces agrégées simultanément dans les courbes SSD. Nous avons ainsi proposé une procédure plus rigoureuse, pour l'évaluation du risque d'un mélange, qui serait d'appliquer d'abord les modèles CA ou RA à chaque espèce séparément, et, dans une deuxième étape, combiner les résultats afin d'établir une courbe SSD du mélange. Malheureusement, cette méthode n'est pas applicable dans la plupart des cas, car elle nécessite trop de données généralement indisponibles. Par conséquent, nous avons comparé, avec des valeurs générées aléatoirement, le calcul de risque effectué selon cette méthode plus rigoureuse, avec celle effectuée traditionnellement, afin de caractériser la robustesse de cette approche qui consiste à appliquer les modèles de mélange sur les courbes SSD. Nos résultats ont montré que l'utilisation de CA directement sur les SSDs peut conduire à une sous-estimation de la concentration du mélange affectant 5 % ou 50% des espèces, en particulier lorsque les substances présentent un grand écart- type dans leur distribution de la sensibilité des espèces. L'application du modèle RA peut quant à lui conduire à une sur- ou sous-estimations, principalement en fonction de la pente des courbes dose- réponse de chaque espèce composant les SSDs. La sous-estimation avec RA devient potentiellement importante lorsque le rapport entre la EC50 et la EC10 de la courbe dose-réponse des espèces est plus petit que 100. Toutefois, la plupart des substances, selon des cas réels, présentent des données d' écotoxicité qui font que le risque du mélange calculé par la méthode des modèles appliqués directement sur les SSDs reste cohérent et surestimerait plutôt légèrement le risque. Ces résultats valident ainsi l'approche utilisée traditionnellement. Néanmoins, il faut garder à l'esprit cette source d'erreur lorsqu'on procède à une évaluation du risque d'un mélange avec cette méthode traditionnelle, en particulier quand les SSD présentent une distribution des données en dehors des limites déterminées dans cette étude. Enfin, dans la dernière partie de cette thèse, nous avons confronté des prédictions de l'effet de mélange avec des changements biologiques observés dans l'environnement. Dans cette étude, nous avons utilisé des données venant d'un suivi à long terme d'un grand lac européen, le lac Léman, ce qui offrait la possibilité d'évaluer dans quelle mesure la prédiction de la toxicité des mélanges d'herbicide expliquait les changements dans la composition de la communauté phytoplanctonique. Ceci à côté d'autres paramètres classiques de limnologie tels que les nutriments. Pour atteindre cet objectif, nous avons déterminé la toxicité des mélanges sur plusieurs années de 14 herbicides régulièrement détectés dans le lac, en utilisant les modèles CA et RA avec les courbes de distribution de la sensibilité des espèces. Un gradient temporel de toxicité décroissant a pu être constaté de 2004 à 2009. Une analyse de redondance et de redondance partielle, a montré que ce gradient explique une partie significative de la variation de la composition de la communauté phytoplanctonique, même après avoir enlevé l'effet de toutes les autres co-variables. De plus, certaines espèces révélées pour avoir été influencées, positivement ou négativement, par la diminution de la toxicité dans le lac au fil du temps, ont montré des comportements similaires dans des études en mésocosmes. On peut en conclure que la toxicité du mélange herbicide est l'un des paramètres clés pour expliquer les changements de phytoplancton dans le lac Léman. En conclusion, il existe diverses méthodes pour prédire le risque des mélanges de micropolluants sur les espèces aquatiques et celui-ci peut jouer un rôle dans le fonctionnement des écosystèmes. Toutefois, ces modèles ont bien sûr des limites et des hypothèses sous-jacentes qu'il est important de considérer lors de leur application, avant d'utiliser leurs résultats pour la gestion des risques environnementaux. - For several years now, the scientists as well as the society is concerned by the aquatic risk organic micropollutants may pose. Indeed, several researches have shown the toxic effects these substances may induce on organisms living in our lakes or rivers, especially when they are exposed to acute or chronic concentrations. However, most of the studies focused on the toxicity of single compounds, i.e. considered individually. The same also goes in the current European regulations concerning the risk assessment procedures for the environment of these substances. But aquatic organisms are typically exposed every day simultaneously to thousands of organic compounds. The toxic effects resulting of these "cocktails" cannot be neglected. The ecological risk assessment of mixtures of such compounds has therefore to be addressed by scientists in the most reliable and appropriate way. In the first part of this thesis, the procedures currently envisioned for the aquatic mixture risk assessment in European legislations are described. These methodologies are based on the mixture model of concentration addition and the use of the predicted no effect concentrations (PNEC) or effect concentrations (EC50) with assessment factors. These principal approaches were applied to two specific case studies, Lake Geneva and the River Rhône in Switzerland, including a discussion of the outcomes of such applications. These first level assessments showed that the mixture risks for these studied cases exceeded rapidly the critical value. This exceeding is generally due to two or three main substances. The proposed procedures allow therefore the identification of the most problematic substances for which management measures, such as a reduction of the entrance to the aquatic environment, should be envisioned. However, it was also showed that the risk levels associated with mixtures of compounds are not negligible, even without considering these main substances. Indeed, it is the sum of the substances that is problematic, which is more challenging in term of risk management. Moreover, a lack of reliability in the procedures was highlighted, which can lead to contradictory results in terms of risk. This result is linked to the inconsistency in the assessment factors applied in the different methods. In the second part of the thesis, the reliability of the more advanced procedures to predict the mixture effect to communities in the aquatic system were investigated. These established methodologies combine the model of concentration addition (CA) or response addition (RA) with species sensitivity distribution curves (SSD). Indeed, the mixture effect predictions were shown to be consistent only when the mixture models are applied on a single species, and not on several species simultaneously aggregated to SSDs. Hence, A more stringent procedure for mixture risk assessment is proposed, that would be to apply first the CA or RA models to each species separately and, in a second step, to combine the results to build an SSD for a mixture. Unfortunately, this methodology is not applicable in most cases, because it requires large data sets usually not available. Therefore, the differences between the two methodologies were studied with datasets created artificially to characterize the robustness of the traditional approach applying models on species sensitivity distribution. The results showed that the use of CA on SSD directly might lead to underestimations of the mixture concentration affecting 5% or 50% of species, especially when substances present a large standard deviation of the distribution from the sensitivity of the species. The application of RA can lead to over- or underestimates, depending mainly on the slope of the dose-response curves of the individual species. The potential underestimation with RA becomes important when the ratio between the EC50 and the EC10 for the dose-response curve of the species composing the SSD are smaller than 100. However, considering common real cases of ecotoxicity data for substances, the mixture risk calculated by the methodology applying mixture models directly on SSDs remains consistent and would rather slightly overestimate the risk. These results can be used as a theoretical validation of the currently applied methodology. Nevertheless, when assessing the risk of mixtures, one has to keep in mind this source of error with this classical methodology, especially when SSDs present a distribution of the data outside the range determined in this study Finally, in the last part of this thesis, we confronted the mixture effect predictions with biological changes observed in the environment. In this study, long-term monitoring of a European great lake, Lake Geneva, provides the opportunity to assess to what extent the predicted toxicity of herbicide mixtures explains the changes in the composition of the phytoplankton community next to other classical limnology parameters such as nutrients. To reach this goal, the gradient of the mixture toxicity of 14 herbicides regularly detected in the lake was calculated, using concentration addition and response addition models. A decreasing temporal gradient of toxicity was observed from 2004 to 2009. Redundancy analysis and partial redundancy analysis showed that this gradient explains a significant portion of the variation in phytoplankton community composition, even when having removed the effect of all other co-variables. Moreover, some species that were revealed to be influenced positively or negatively, by the decrease of toxicity in the lake over time, showed similar behaviors in mesocosms studies. It could be concluded that the herbicide mixture toxicity is one of the key parameters to explain phytoplankton changes in Lake Geneva. To conclude, different methods exist to predict the risk of mixture in the ecosystems. But their reliability varies depending on the underlying hypotheses. One should therefore carefully consider these hypotheses, as well as the limits of the approaches, before using the results for environmental risk management

Adaptive diversity in heterogeneous environments for populations regulated by a mixture of soft and hard selection

The stable co-existence of two haploid genotypes or two species is studied in a spatially heterogeneous environment submitted to a mixture of soft selection (within-patch regulation) and hard selection (outside-patch regulation) and where two kinds of resource are available. This is analysed both at an ecological time-scale (short term) and at an evolutionary time-scale (long term). At an ecological scale, we show that co-existence is very unlikely if the two competitors are symmetrical specialists exploiting different resources. In this case, the most favourable conditions are met when the two resources are equally available, a situation that should favour generalists at an evolutionary scale. Alternatively, low within-patch density dependence (soft selection) enhances the co-existence between two slightly different specialists of the most available resource. This results from the opposing forces that are acting in hard and soft regulation modes. In the case of unbalanced accessibility to the two resources, hard selection favours the most specialized genotype, whereas soft selection strongly favours the less specialized one. Our results suggest that competition for different resources may be difficult to demonstrate in the wild even when it is a key factor in the maintenance of adaptive diversity. At an evolutionary scale, a monomorphic invasive evolutionarily stable strategy (ESS) always exists. When a linear trade-off exists between survival in one habitat versus that in another, this ESS lies between an absolute adjustment of survival to niche size (for mainly soft-regulated populations) and absolute survival (specialization) in a single niche (for mainly hard-regulated populations). This suggests that environments in agreement with the assumptions of such models should lead to an absence of adaptive variation in the long term.

Quantifying consistency of Event Related Potentials across subjects based on single-trial topographic analysis

Introduction: Non-invasive brain imaging techniques often contrast experimental conditions across a cohort of participants, obfuscating distinctions in individual performance and brain mechanisms that are better characterised by the inter-trial variability. To overcome such limitations, we developed topographic analysis methods for single-trial EEG data [1]. So far this was typically based on time-frequency analysis of single-electrode data or single independent components. The method's efficacy is demonstrated for event-related responses to environmental sounds, hitherto studied at an average event-related potential (ERP) level. Methods: Nine healthy subjects participated to the experiment. Auditory meaningful sounds of common objects were used for a target detection task [2]. On each block, subjects were asked to discriminate target sounds, which were living or man-made auditory objects. Continuous 64-channel EEG was acquired during the task. Two datasets were considered for each subject including single-trial of the two conditions, living and man-made. The analysis comprised two steps. In the first part, a mixture of Gaussians analysis [3] provided representative topographies for each subject. In the second step, conditional probabilities for each Gaussian provided statistical inference on the structure of these topographies across trials, time, and experimental conditions. Similar analysis was conducted at group-level. Results: Results show that the occurrence of each map is structured in time and consistent across trials both at the single-subject and at group level. Conducting separate analyses of ERPs at single-subject and group levels, we could quantify the consistency of identified topographies and their time course of activation within and across participants as well as experimental conditions. A general agreement was found with previous analysis at average ERP level. Conclusions: This novel approach to single-trial analysis promises to have impact on several domains. In clinical research, it gives the possibility to statistically evaluate single-subject data, an essential tool for analysing patients with specific deficits and impairments and their deviation from normative standards. In cognitive neuroscience, it provides a novel tool for understanding behaviour and brain activity interdependencies at both single-subject and at group levels. In basic neurophysiology, it provides a new representation of ERPs and promises to cast light on the mechanisms of its generation and inter-individual variability.

Contact metamorphism and emplacement of the western Adamello tonalite

The geodynamic forces acting in the Earth's interior manifest themselves in a variety of ways. Volcanoes are amongst the most impressive examples in this respect, but like with an iceberg, they only represent the tip of a more extensive system hidden underground. This system consists of a source region where melt forms and accumulates, feeder connections in which magma is transported towards the surface, and different reservoirs where it is stored before it eventually erupts to form a volcano. A magma represents a mixture of melt and crystals. The latter can be extracted from the source region, or form anywhere along the path towards their final crystallization place. They will retain information of the overall plumbing system. The host rocks of an intrusion, in contrast, provide information at the emplacement level. They record the effects of thermal and mechanical forces imposed by the magma. For a better understanding of the system, both parts - magmatic and metamorphic petrology - have to be integrated. I will demonstrate in my thesis that information from both is complementary. It is an iterative process, using constraints from one field to better constrain the other. Reading the history of the host rocks is not always straightforward. This is shown in chapter two, where a model for the formation of clustered garnets observed in the contact aureole is proposed. Fragments of garnets, older than the intrusive rocks are overgrown by garnet crystallizing due to the reheating during emplacement of the adjacent pluton. The formation of the clusters is therefore not a single event as generally assumed but the result of a two-stage process, namely the alteration of the old grains and the overgrowth and amalgamation of new garnet rims. This makes an important difference when applying petrological methods such as thermobarometry, geochronology or grain size distributions. The thermal conditions in the aureole are a strong function of the emplacement style of the pluton. therefore it is necessary to understand the pluton before drawing conclusions about its aureole. A study investigating the intrusive rocks by means of field, geochemical, geochronologi- cal and structural methods is presented in chapter three. This provided important information about the assembly of the intrusion, but also new insights on the nature of large, homogeneous plutons and the structure of the plumbing system in general. The incremental nature of the emplacement of the Western Adamello tonalité is documented, and the existence of an intermediate reservoir beneath homogeneous plutons is proposed. In chapter four it is demonstrated that information extracted from the host rock provides further constraints on the emplacement process of the intrusion. The temperatures obtain by combining field observations with phase petrology modeling are used together with thermal models to constrain the magmatic activity in the immediate intrusion. Instead of using the thermal models to control the petrology result, the inverse is done. The model parameters were changed until a match with the aureole temperatures was obtained. It is shown, that only a few combinations give a positive match and that temperature estimates from the aureole can constrain the frequency of ancient magmatic systems. In the fifth chapter, the Anisotropy of Magnetic Susceptibility of intrusive rocks is compared to 3D tomography. The obtained signal is a function of the shape and distribution of ferromagnetic grains, and is often used to infer flow directions of magma. It turns out that the signal is dominated by the shape of the magnetic crystals, and where they form tight clusters, also by their distribution. This is in good agreement with the predictions made in the theoretical and experimental literature. In the sixth chapter arguments for partial melting of host rock carbonates are presented. While at first very surprising, this is to be expected when considering the prior results from the intrusive study and experiments from the literature. Partial melting is documented by compelling microstructures, geochemical and structural data. The necessary conditions are far from extreme and this process might be more frequent than previously thought. The carbonate melt is highly mobile and can move along grain boundaries, infiltrating other rocks and ultimately alter the existing mineral assemblage. Finally, a mineralogical curiosity is presented in chapter seven. The mineral assemblage magne§site and calcite is in apparent equilibrium. It is well known that these two carbonates are not stable together in the system Ca0-Mg0-Fe0-C02. Indeed, magnesite and calcite should react to dolomite during metamorphism. The presented explanation for this '"forbidden" assemblage is, that a calcite melt infiltrated the magnesite bearing rock along grain boundaries and caused the peculiar microstructure. This is supported by isotopie disequilibrium between calcite and magnesite. A further implication of partially molten carbonates is, that the host rock drastically looses its strength so that its physical properties may be comparable to the ones of the intrusive rocks. This contrasting behavior of the host rock may ease the emplacement of the intrusion. We see that the circle closes and the iterative process of better constraining the emplacement could start again. - La Terre est en perpétuel mouvement et les forces tectoniques associées à ces mouvements se manifestent sous différentes formes. Les volcans en sont l'un des exemples les plus impressionnants, mais comme les icebergs, les laves émises en surfaces ne représentent que la pointe d'un vaste système caché dans les profondeurs. Ce système est constitué d'une région source, région où la roche source fond et produit le magma ; ce magma peut s'accumuler dans cette région source ou être transporté à travers différents conduits dans des réservoirs où le magma est stocké. Ce magma peut cristalliser in situ et produire des roches plutoniques ou alors être émis en surface. Un magma représente un mélange entre un liquide et des cristaux. Ces cristaux peuvent être extraits de la source ou se former tout au long du chemin jusqu'à l'endroit final de cristallisation. L'étude de ces cristaux peut ainsi donner des informations sur l'ensemble du système magmatique. Au contraire, les roches encaissantes fournissent des informations sur le niveau d'emplacement de l'intrusion. En effet ces roches enregistrent les effets thermiques et mécaniques imposés par le magma. Pour une meilleure compréhension du système, les deux parties, magmatique et métamorphique, doivent être intégrées. Cette thèse a pour but de montrer que les informations issues de l'étude des roches magmatiques et des roches encaissantes sont complémentaires. C'est un processus itératif qui utilise les contraintes d'un domaine pour améliorer la compréhension de l'autre. Comprendre l'histoire des roches encaissantes n'est pas toujours aisé. Ceci est démontré dans le chapitre deux, où un modèle de formation des grenats observés sous forme d'agrégats dans l'auréole de contact est proposé. Des fragments de grenats plus vieux que les roches intru- sives montrent une zone de surcroissance générée par l'apport thermique produit par la mise en place du pluton adjacent. La formation des agrégats de grenats n'est donc pas le résultat d'un seul événement, comme on le décrit habituellement, mais d'un processus en deux phases, soit l'altération de vieux grains engendrant une fracturation de ces grenats, puis la formation de zone de surcroissance autour de ces différents fragments expliquant la texture en agrégats observée. Cette interprétation en deux phases est importante, car elle engendre des différences notables lorsque l'on applique des méthodes pétrologiques comme la thermobarométrie, la géochronologie ou encore lorsque l'on étudie la distribution relative de la taille des grains. Les conditions thermales dans l'auréole de contact dépendent fortement du mode d'emplacement de l'intrusion et c'est pourquoi il est nécessaire de d'abord comprendre le pluton avant de faire des conclusions sur son auréole de contact. Une étude de terrain des roches intrusives ainsi qu'une étude géochimique, géochronologique et structurale est présente dans le troisième chapitre. Cette étude apporte des informations importantes sur la formation de l'intrusion mais également de nouvelles connaissances sur la nature de grands plutons homogènes et la structure de système magmatique en général. L'emplacement incrémental est mis en évidence et l'existence d'un réservoir intermédiaire en-dessous des plutons homogènes est proposé. Le quatrième chapitre de cette thèse illustre comment utiliser l'information extraite des roches encaissantes pour expliquer la mise en place de l'intrusion. Les températures obtenues par la combinaison des observations de terrain et l'assemblage métamorphique sont utilisées avec des modèles thermiques pour contraindre l'activité magmatique au contact directe de cette auréole. Au lieu d'utiliser le modèle thermique pour vérifier le résultat pétrologique, une approche inverse a été choisie. Les paramètres du modèle ont été changés jusqu'à ce qu'on obtienne une correspondance avec les températures observées dans l'auréole de contact. Ceci montre qu'il y a peu de combinaison qui peuvent expliquer les températures et qu'on peut contraindre la fréquence de l'activité magmatique d'un ancien système magmatique de cette manière. Dans le cinquième chapitre, les processus contrôlant l'anisotropie de la susceptibilité magnétique des roches intrusives sont expliqués à l'aide d'images de la distribution des minéraux dans les roches obtenues par tomographie 3D. Le signal associé à l'anisotropie de la susceptibilité magnétique est une fonction de la forme et de la distribution des grains ferromagnétiques. Ce signal est fréquemment utilisé pour déterminer la direction de mouvement d'un magma. En accord avec d'autres études de la littérature, les résultats montrent que le signal est dominé par la forme des cristaux magnétiques, ainsi que par la distribution des agglomérats de ces minéraux dans la roche. Dans le sixième chapitre, une étude associée à la fusion partielle de carbonates dans les roches encaissantes est présentée. Si la présence de liquides carbonatés dans les auréoles de contact a été proposée sur la base d'expériences de laboratoire, notre étude démontre clairement leur existence dans la nature. La fusion partielle est documentée par des microstructures caractéristiques pour la présence de liquides ainsi que par des données géochimiques et structurales. Les conditions nécessaires sont loin d'être extrêmes et ce processus pourrait être plus fréquent qu'attendu. Les liquides carbonatés sont très mobiles et peuvent circuler le long des limites de grain avant d'infiltrer d'autres roches en produisant une modification de leurs assemblages minéralogiques. Finalement, une curiosité minéralogique est présentée dans le chapitre sept. L'assemblage de minéraux de magnésite et de calcite en équilibre apparent est observé. Il est bien connu que ces deux carbonates ne sont pas stables ensemble dans le système CaO-MgO-FeO-CO.,. En effet, la magnésite et la calcite devraient réagir et produire de la dolomite pendant le métamorphisme. L'explication présentée pour cet assemblage à priori « interdit » est que un liquide carbonaté provenant des roches adjacentes infiltre cette roche et est responsable pour cette microstructure. Une autre implication associée à la présence de carbonates fondus est que la roche encaissante montre une diminution drastique de sa résistance et que les propriétés physiques de cette roche deviennent comparables à celles de la roche intrusive. Cette modification des propriétés rhéologiques des roches encaissantes peut faciliter la mise en place des roches intrusives. Ces différentes études démontrent bien le processus itératif utilisé et l'intérêt d'étudier aussi bien les roches intrusives que les roches encaissantes pour la compréhension des mécanismes de mise en place des magmas au sein de la croûte terrestre.

Shallow-level migmatization of gabbros in a metamorphic contact aureole, Fuerteventura Basal Complex, Canary Islands

Migmatization of gabbroic rocks at 2-3 kbar has occurred in the metamorphic contact aureole of a mafic pluton in the Fuerteventura Basal Complex (Canary Island;). Migmatites are characterized by a dense network: of closely spaced millimetre-wide leucocratic veins with perfectly preserved igneous textures. They are all relatively enriched in Al, Na I: Sr Ba, Nb, Y and the rare earth elements compared with the unaffected country rock beyond the aureole. Migmatization under such low-pressure conditions war possible because of the unusual tectonic and magmatic contact in which ii occurred. Multiple basic intrusions associated with extrusive volcanic activity created high heat flow in a small area. Alkaline and metasomatized rocks present in the country rock of the intruding pluton were leached by high-temperature fluids during contact metamorphism. These enriched fluids then favoured partial melting of the host gabbroic rocks, and contaminated both the leucosomes and melanosomes. A transpressive tectonic setting at the time of intrusion created shearing along the contact between the intrusion and its host rock. This shearing enhanced circulation of the fluids and allowed segregation of the nea-formed melts from their restite by opening tension veins into which the melts migrated. Depending on the relative timing of melt segregation and recrystallization leucosomes range in composition from a 40-60% mixture of clinopyroxene (+/- amphibole) and plagioclase to almost pure feldspathic veins. Comparable occurrences of gabbros migmatized at low pressure are expected only at a snail scale in localized areas of high heat flow in the presence of fluids, such as in. mid-ocean ridges or ocean-islands.

Quantitative comparison of reconstruction methods for intra-voxel fiber recovery from diffusion MRI.

Validation is arguably the bottleneck in the diffusion magnetic resonance imaging (MRI) community. This paper evaluates and compares 20 algorithms for recovering the local intra-voxel fiber structure from diffusion MRI data and is based on the results of the "HARDI reconstruction challenge" organized in the context of the "ISBI 2012" conference. Evaluated methods encompass a mixture of classical techniques well known in the literature such as diffusion tensor, Q-Ball and diffusion spectrum imaging, algorithms inspired by the recent theory of compressed sensing and also brand new approaches proposed for the first time at this contest. To quantitatively compare the methods under controlled conditions, two datasets with known ground-truth were synthetically generated and two main criteria were used to evaluate the quality of the reconstructions in every voxel: correct assessment of the number of fiber populations and angular accuracy in their orientation. This comparative study investigates the behavior of every algorithm with varying experimental conditions and highlights strengths and weaknesses of each approach. This information can be useful not only for enhancing current algorithms and develop the next generation of reconstruction methods, but also to assist physicians in the choice of the most adequate technique for their studies.

Cell Adhesion Peptide RGDSP and Laminin Support Proliferation and Migration of Postnatal Retinal Stem Cells in a 3D Hydrogel Culture System

Purpose: Retinal stem cells (RSCs) can be isolated from radial glia population of the newborn mouse retina (Angénieux et al., 2006). These RSCs have great capacity to renew and generate neurons including cells differentiated towards the photoreceptor lineage (Mehri-Soussi et al., 2006). However, our published results showed poor integration and survival rate after cell grafting into the retina. The uncontrollable environment of retina seems to be the problem. To bypass this, we are trying to generate hemi-retinal tissue in vitro that can be used for transplantation. Methods: Expanded RSCs were seeded in a mixture of poly-ethylene-glycol (PEG)-polymer-based hydrogels crosslinked by peptides that also serve as substrates for matrix metalloproteinases. Different doses of crosslinker peptides were tested. Several growth factors were studied to stimulate cell proliferation and differentiation. Results: Cells were trapped in hydrogels and cultured in the presence of FGF2 and EGF. Spherical cell clusters indicating proliferation appeared within several days, but there was no cell migration within the gel. We then added cell adhesion molecules integrin ligand RGDSP, or laminin, or a combination of both, into the gel. Cells grown with laminin showed the best proliferation. Cells grown with RGDSP proliferated a few times and then started to spread out. Cells grown with the combination of RGDSP and laminin showed better proliferation than with RGDSP alone and larger spread-outs than with laminin alone. After stimulations with first FGF2 and EGF, and then only FGF2, some cells showed neuronal morphology after 2 weeks. The neuronal population was assessed by the presence of neuronal marker b-tubulin-III. Glial cells were also present. Further characterizations are undergoing. Conclusions: RSC can grow and migrate in 3D hydrogel with the addition of FGF2, EGF, RGDSP and laminin. Further developments are necessary to form a homogenous tissue containing retinal cells.

Substitution of (R,S)-methadone by (R)-methadone: Impact on QTc interval.

Methadone is administered as a chiral mixture of (R,S)-methadone. The opioid effect is mainly mediated by (R)-methadone, whereas (S)-methadone blocks the human ether-à-go-go-related gene (hERG) voltage-gated potassium channel more potently, which can cause drug-induced long QT syndrome, leading to potentially lethal ventricular tachyarrhythmias. To investigate whether substitution of (R,S)-methadone by (R)-methadone could reduce the corrected QT (QTc) interval, (R,S)-methadone was replaced by (R)-methadone (half-dose) in 39 opioid-dependent patients receiving maintenance treatment for 14 days. (R)-methadone was then replaced by the initial dose of (R,S)-methadone for 14 days (n = 29). Trough (R)-methadone and (S)-methadone plasma levels and electrocardiogram measurements were taken. The Fridericia-corrected QT (QTcF) interval decreased when (R,S)-methadone was replaced by a half-dose of (R)-methadone; the median (interquartile range [IQR]) values were 423 (398-440) milliseconds (ms) and 412 (395-431) ms (P = .06) at days 0 and 14, respectively. Using a univariate mixed-effect linear model, the QTcF value decreased by a mean of -3.9 ms (95% confidence interval [CI], -7.7 to -0.2) per week (P = .04). The QTcF value increased when (R)-methadone was replaced by the initial dose of (R,S)-methadone for 14 days; median (IQR) values were 424 (398-436) ms and 424 (412-443) ms (P = .01) at days 14 and 28, respectively. The univariate model showed that the QTcF value increased by a mean of 4.7 ms (95% CI, 1.3-8.1) per week (P = .006). Substitution of (R,S)-methadone by (R)-methadone reduces the QTc interval value. A safer cardiac profile of (R)-methadone is in agreement with previous in vitro and pharmacogenetic studies. If the present results are confirmed by larger studies, (R)-methadone should be prescribed instead of (R,S)-methadone to reduce the risk of cardiac toxic effects and sudden death.

The fine-scale architecture of structural variants in 17 mouse genomes.

BACKGROUND: Accurate catalogs of structural variants (SVs) in mammalian genomes are necessary to elucidate the potential mechanisms that drive SV formation and to assess their functional impact. Next generation sequencing methods for SV detection are an advance on array-based methods, but are almost exclusively limited to four basic types: deletions, insertions, inversions and copy number gains. RESULTS: By visual inspection of 100 Mbp of genome to which next generation sequence data from 17 inbred mouse strains had been aligned, we identify and interpret 21 paired-end mapping patterns, which we validate by PCR. These paired-end mapping patterns reveal a greater diversity and complexity in SVs than previously recognized. In addition, Sanger-based sequence analysis of 4,176 breakpoints at 261 SV sites reveal additional complexity at approximately a quarter of structural variants analyzed. We find micro-deletions and micro-insertions at SV breakpoints, ranging from 1 to 107 bp, and SNPs that extend breakpoint micro-homology and may catalyze SV formation. CONCLUSIONS: An integrative approach using experimental analyses to train computational SV calling is essential for the accurate resolution of the architecture of SVs. We find considerable complexity in SV formation; about a quarter of SVs in the mouse are composed of a complex mixture of deletion, insertion, inversion and copy number gain. Computational methods can be adapted to identify most paired-end mapping patterns.

Carbon isotopic ratio analysis by gas chromatography/combustion/isotope ratio mass spectrometry for the detection of gamma-hydroxybutyric acid (GHB) administration to humans.

Since GHB (gamma-hydroxybutyric acid) is naturally produced in the human body, clinical and forensic toxicologists must be able to discriminate between endogenous levels and a concentration resulting from exposure. To suggest an alternative to the use of interpretative concentration cut-offs, the detection of exogenous GHB in urine specimens was investigated by means of gas chromatography/combustion/isotope ratio mass spectrometry (GC/C/IRMS). GHB was isolated from urinary matrix by successive purification on Oasis MCX and Bond Elute SAX solid-phase extraction (SPE) cartridges prior to high-performance liquid chromatography (HPLC) fractioning using an Atlantis dC18 column eluted with a mixture of formic acid and methanol. Subsequent intramolecular esterification of GHB leading to the formation of gamma-butyrolactone (GBL) was carried out to avoid introduction of additional carbon atoms for carbon isotopic ratio analysis. A precision of 0.3 per thousand was determined using this IRMS method for samples at GHB concentrations of 10 mg/L. The (13)C/(12)C ratios of GHB in samples of subjects exposed to the drug ranged from -32.1 to -42.1 per thousand, whereas the results obtained for samples containing GHB of endogenous origin at concentration levels less than 10 mg/L were in the range -23.5 to -27.0 per thousand. Therefore, these preliminary results show that a possible discrimination between endogenous and exogenous GHB can be made using carbon isotopic ratio analyses.

Effect of groundwater composition on arsenic detection by bacterial biosensors.

A luminescent bacterial biosensor was used to quantify bioavailable arsenic in artificial groundwater. Its light production above the background emission was proportional to the arsenite concentration in the toxicologically relevant range of 0 to 0.5 mu M. Effects of the inorganic solutes phosphate, Fe(II) and silicate on the biosensor signal were studied. Phosphate at a concentration of 0.25 g L-1 phosphate slightly stimulated the light emission, but much less than toxicologically relevant concentrations of the much stronger inducer arsenite. No effect of phosphate was oberved in the presence of arsenite. Freshly prepared sodium silicate solution at a concentration of 10 g L-1 Si reduced the arsenite-induced light production by roughly 37%, which can be explained by transient polymerization leading to sequestration of some arsenic. After three days of incubation, silicate did not have this effect anymore, probably because depolymerization occurred. In the presence of 0.4 g L-1 Fe(II), the arsenite-induced light emission was reduced by up to 90%, probably due to iron oxidation followed by arsenite adsorption on the less soluble Fe(III) possibly along with some oxidation to the stronger adsorbing As(V). Addition of 100 mu M EDTA was capable of releasing all arsenic from the precipitate and to transform it into the biologically measurable, dissolved state. The biosensor also proved valuable for monitoring the effectiveness of an arsenic removal procedure based on water filtration through a mixture of sand and iron granules.

Is the effect of inguinal field block with 0.5 % bupivacaine on postoperative pain after hernia repair enhanced by addition of ketorolac or S(+) ketamine ?

Résumé Malgré l'apparition de nouvelles techniques chirurgicales dites « sans tension », l'antalgie post-opératoire après cure de hernie inguinale reste un défi pour les anesthésiologistes. Récemment on a suggéré que l'addition de ketamine ou d'un anti-inflammatoire non-stéroïdien (AINS) à un anesthésique local pourrait améliorer et prolonger l'analgésie postopératoire. Le but de cette étude, à laquelle ont participé 36 patients ASA I-II, était d'évaluer si la coadministration de S(+) ketamine ou de ketorolac renforcerait les effets analgésiques de la bupivacaïne après cure ambulatoire de hernie inguinale sous anesthésie générale. L'analgésie a consisté en une infiltration de la plaie associé à un bloc inguinal avec soit 30 ml de bupivacaïne 0,5 % (n=12), soit 27 ml de bupivacaïne 0,5 % + 3 ml de S(+) ketamine (75 mg) (n=12), soit 28 ml de bupivacaïne 0,5 % + 2 ml de ketorolac (60 mg) (n=12). La prise orale d'antalgique en phase postopératoire était standardisée. L'intensité des douleurs a été évaluée au moyen d'une échelle visuelle analogique (EVA), d'un score verbal d'estimation et par algométrie de pression respectivement 2, 4, 6, 24 et 48 heures après l'intervention. Les trois groupes de patients ont présenté le score de douleur évalué par EVA le plus élevé à 24 heures, score significativement différent de ceux mesurés à 6 et 48 heures (P <0.05). A part une sensation de douleurs significativement moindre (score verbal d'estimation) dans le groupe ketorolac à 24 et 48 heures et seulement à 48 heures dans le groupe ketamine, il n'y avait aucune autre différence entre les groupes pour la durée de l'étude (48 heures) en ce qui concerne les scores de douleur, les seuils de douleur à la pression ou la prise postopératoire d'antalgiques « de secours ». En conclusion, l'addition de S(+) ketamine ou de ketorolac, n'améliore que marginalement l'effet analgésique de la bupivacaïne. Ceci peut-être mis en relation avec la technique de cure de hernie « sans tension » induisant un bas niveau de douleur postopératoire. Abstract Objective: The aim of the study was to assess whether coadministration of S(±) ketamine or ketorolac would enhance or prolong local analgesic effect of bupivacaine after inguinal hernia repair. Design: Prospective double-blind randomized study evaluating pain intensity after surgery under general anesthesia. Setting: Outpatient facilities of the University Hospital of Lausanne. Patient: Thirty-six ASA I-II outpatients scheduled for elective day-case inguinal herniorraphy. Intervention: Analgesia strategy consisted of a wound infiltration and an inguinal field block either with 30 mL bupivacairie (0.5%) or with the same volume of a mixture of 27 mL bupivacaine (0.5%) + 3 mL S(+) ketamine (75 mg) or a 28 mL bupivacaine (0.5%) + 2 ML ketorolac (60 mg). Postoperative analgesic regimen was standardized. Outcome Measures: Pain intensity was assessed with a Visual Analog Seale, a verbal rating score, and by pressure algometry 2, 4, 6, 24, and 48 hours after surgery. Results: The 3 groups of patients experienced the highest Visual Analog Scale pain score at 24 hours, which was different from those at 6 and 48 hours (P < 0.05). Apart from a significantly lower pain sensation (verbal rating score) in the ketorolac group at 24 and 48 hours and only at 48 hours with ketamine, there were no other differences in pain scores, pain pressure thresholds, or rescue analgesic consumption between groups throughout the 48-hour study period. Conclusion: The addition of S (+)-ketamine or ketorolac only minimally improves the analgesic effect of bupivacaine. This may be related to the tension-free hernia repair technique associated with low postoperative pain.

Microstructural, chemical and isotopic evidence for the origin of late neolithic leather recovered from an ice field in the Swiss Alps

Archaeological leather samples recovered from the ice field at the Schnidejoch Pass (altitude 2756 m amsl) in the western Swiss Alps were studied using optical, chemical molecular and isotopic (delta(13)C and delta(15)N of the bulk leather, and compound-specific delta(13)C analyses of the organic-solvent extracted fatty acids) methods to obtain insight into the origin of the leather and ancient tanning procedures. For comparison, leathers from modern native animals in alpine environment (red deer, goat, sheep, chamois, and calf/cow) were analyzed using the same approach. Optical and electron microscopically comparisons of Schnidejoch and modern leathers showed that the gross structure (pattern of collagen fibrils and intra-fibrils material) of archaeological leather had survived essentially intact for five millennia. The SEM studies of the hairs from the most important archaeological find, a Neolithic leather legging, show a wave structure of the hair cuticle, which is a diagnostic feature for goatskins. The variations of the bulk delta(13)C and delta(15)N values, and delta(13)C values of the main fatty acids are within the range expected for pre-industrial temperate C(3) environment. The archaeological leather samples contain a mixture of indigenous (from the animal) and exogenous plant/animal lipids. An important amount of waxy n-alkanes, n-alkan-1-ols and phytosterols (beta-sitosterol, sitostanol) in all samples, and abundant biomarker of conifers (nonacosan-10-01) in the legging leathers clearly indicate that the Neolithic people were active in a subalpine coniferous forest, and that they used an aqueous extract of diverse plant material for tanning leather. (C) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.