An objective anisotropic elastic plastic model and Algorithm applicable to bone mechanics

The implicit projection algorithm of isotropic plasticity is extended to an objective anisotropic elastic perfectly plastic model. The recursion formula developed to project the trial stress on the yield surface, is applicable to any non linear elastic law and any plastic yield function.A curvilinear transverse isotropic model based on a quadratic elastic potential and on Hill's quadratic yield criterion is then developed and implemented in a computer program for bone mechanics perspectives. The paper concludes with a numerical study of a schematic bone-prosthesis system to illustrate the potential of the model.

Plastic and evolutionary responses of cell size and number to larval malnutrition in Drosophila melanogaster.

Both development and evolution under chronic malnutrition lead to reduced adult size in Drosophila. We studied the contribution of changes in size vs. number of epidermal cells to plastic and evolutionary reduction of wing size in response to poor larval food. We used flies from six populations selected for tolerance to larval malnutrition and from six unselected control populations, raised either under standard conditions or under larval malnutrition. In the control populations, phenotypic plasticity of wing size was mediated by both cell size and cell number. In contrast, evolutionary change in wing size, which was only observed as a correlated response expressed on standard food, was mediated entirely by reduction in cell number. Plasticity of cell number had been lost in the selected populations, and cell number did not differ between the sexes despite males having smaller wings. Results of this and other experimental evolution studies are consistent with the hypothesis that alleles which increase body size through prolonged growth affect wing size mostly via cell number, whereas alleles which increase size through higher growth rate do so via cell size.

Caution on the storage of waters and aqueous solutions in plastic containers for hydrogen and oxygen stable isotope analysis

RATIONALE The choice of containers for storage of aqueous samples between their collection, transport and water hydrogen (2H) and oxygen (18O) stable isotope analysis is a topic of concern for a wide range of fields in environmental, geological, biomedical, food, and forensic sciences. The transport and separation of water molecules during water vapor or liquid uptake by sorption or solution and the diffusive transport of water molecules through organic polymer material by permeation or pervaporation may entail an isotopic fractionation. An experiment was conducted to evaluate the extent of such fractionation. METHODS Sixteen bottle-like containers of eleven different organic polymers, including low and high density polyethylene (LDPE and HDPE), polypropylene (PP), polycarbonate (PC), polyethylene terephthalate (PET), and perfluoroalkoxy-Teflon (PFA), of different wall thickness and size were completely filled with the same mineral water and stored for 659?days under the same conditions of temperature and humidity. Particular care was exercised to keep the bottles tightly closed and prevent loss of water vapor through the seals. RESULTS Changes of up to +5 parts per thousand for d2H values and +2.0 parts per thousand for d18O values were measured for water after more than 1?year of storage within a plastic container, with the magnitude of change depending mainly on the type of organic polymer, wall thickness, and container size. The most important variations were measured for the PET and PC bottles. Waters stored in glass bottles with Polyseal (TM) cone-lined PP screw caps and thick-walled HDPE or PFA containers with linerless screw caps having an integrally molded inner sealing ring preserved their original d2H and d18O values. The carbon, hydrogen, and oxygen stable isotope compositions of the organic polymeric materials were also determined. CONCLUSIONS The results of this study clearly show that for precise and accurate measurements of the water stable isotope composition in aqueous solutions, rigorous sampling and storage procedures are needed both for laboratory standards and for unknown samples. Copyright (c) 2012 John Wiley & Sons, Ltd.

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

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

Plastic brain mechanisms for attaining auditory temporal order judgment proficiency.

Accurate perception of the order of occurrence of sensory information is critical for the building up of coherent representations of the external world from ongoing flows of sensory inputs. While some psychophysical evidence reports that performance on temporal perception can improve, the underlying neural mechanisms remain unresolved. Using electrical neuroimaging analyses of auditory evoked potentials (AEPs), we identified the brain dynamics and mechanism supporting improvements in auditory temporal order judgment (TOJ) during the course of the first vs. latter half of the experiment. Training-induced changes in brain activity were first evident 43-76 ms post stimulus onset and followed from topographic, rather than pure strength, AEP modulations. Improvements in auditory TOJ accuracy thus followed from changes in the configuration of the underlying brain networks during the initial stages of sensory processing. Source estimations revealed an increase in the lateralization of initially bilateral posterior sylvian region (PSR) responses at the beginning of the experiment to left-hemisphere dominance at its end. Further supporting the critical role of left and right PSR in auditory TOJ proficiency, as the experiment progressed, responses in the left and right PSR went from being correlated to un-correlated. These collective findings provide insights on the neurophysiologic mechanism and plasticity of temporal processing of sounds and are consistent with models based on spike timing dependent plasticity.

Evolution: plastic sociality in a sweat bee.

How and why do bees become social? A transplant experiment shows that sweat bees can adopt a solitary or social lifestyle in response to their environment.

Plastic modifications within inhibitory control networks induced by practicing a stop-signal task: an electrical neuroimaging study.

INTRODUCTION: Inhibitory control refers to our ability to suppress ongoing motor, affective or cognitive processes and mostly depends on a fronto-basal brain network. Inhibitory control deficits participate in the emergence of several prominent psychiatric conditions, including attention deficit/hyperactivity disorder or addiction. The rehabilitation of these pathologies might therefore benefit from training-based behavioral interventions aiming at improving inhibitory control proficiency and normalizing the underlying neurophysiological mechanisms. The development of an efficient inhibitory control training regimen first requires determining the effects of practicing inhibition tasks. METHODS: We addressed this question by contrasting behavioral performance and electrical neuroimaging analyses of event-related potentials (ERPs) recorded from humans at the beginning versus the end of 1 h of practice on a stop-signal task (SST) involving the withholding of responses when a stop signal was presented during a speeded auditory discrimination task. RESULTS: Practicing a short SST improved behavioral performance. Electrophysiologically, ERPs differed topographically at 200 msec post-stimulus onset, indicative of the engagement of distinct brain network with learning. Source estimations localized this effect within the inferior frontal gyrus, the pre-supplementary motor area and the basal ganglia. CONCLUSION: Our collective results indicate that behavioral and brain responses during an inhibitory control task are subject to fast plastic changes and provide evidence that high-order fronto-basal executive networks can be modified by practicing a SST.

Fact-Sheets zum Wandel der Schweizer Parteien : Ergebnisse aus dem Nationalfonds-Projekt ,,Die Schweizer Parteiorganisationen im letzten Drittel des 20. Jahrhunderts"

Das Nationalfonds-Projekt, aus dem die hier vorliegenden Ergebnisse stammen, befasst sich mit dem Wandel der Schweizer Parteien im letzten Drittel des 20. Jahrhunderts. Das Schwer- gewicht liegt bei den Parteiorganisation der Kantonalparteien. Untersucht wird die Frage, wie weit sich die Schweizer Parteien zu professionell geführten Wählerparteien entwickeln, die sich immer mehr von ihrer Basis entfernen. Das Projekt gibt Auskunft über die Ressourcen der Kantonalparteien und damit auch über ihre Möglichkeiten, die Politik aktiv mitzugestal- ten.