Inclusive fitness maximization: an axiomatic approach

Kin selection theorists argue that evolution in social contexts will lead organisms to behave as if maximizing their inclusive, as opposed to personal, fitness. The inclusive fitness concept allows biologists to treat organisms as akin to rational agents seeking to maximize a utility function. Here we develop this idea and place it on a firm footing by employing a standard decision-theoretic methodology. We show how the principle of inclusive fitness maximization and a related principle of quasi-inclusive fitness maximization can be derived from axioms on an individual’s ‘as if preferences’ (binary choices). Our results help integrate evolutionary theory and rational choice theory, help draw out the behavioural implications of inclusive fitness maximization, and point to a possible way in which evolution could lead organisms to implement it.

Management renewal? Consequences of the new conception of the “best interests of the corporation” in North American and French Corporate Law

Corporate law integrates a stakeholder conception through the comprehensive meaning of the best interests of the corporation. In this paper, I address criticisms about classical definition of the firm’s purpose. Even if American law is more discreet and uncertain, it is possible to defend a broad conception of the best interests of the corporation. The interests of Canadian and French firms include their partners. While the notion of intérêt social is debatable in France, Canada has recently modified its point of view regarding the purpose of the firm. Indeed, the decision of the Supreme Court of Canada Magasins à rayons Peoples Inc. (Syndic de) v. Wise in 2004 changed the concept of corporate law. With respect to fiduciary duties, the Supreme Court set aside the traditional interpretation of the “best interests of the corporation” which gave primacy to shareholders’ interests. The Court held that the expression “best interests of the corporation” refers to the maximization of the corporation’s value. This innovative vision of the best interest of the corporation introduces stakeholder theory and corporate social responsibility (CSR) into corporate law and provides a new field for the firm’s management to frame their responsibilities. This paper concludes with an extended discussion of the implications of stakeholder and CSR influence for the future of corporate law, economy and financial researches.

La responsabilité pénale des sociétés canadiennes pour les crimes contre l’environnement survenus à l’étranger

Avec l’accentuation du libéralisme, les entreprises multinationales ne cessent d’être de plus en plus présentes dans les États en développement, et certaines sont peu scrupuleuses du respect des normes environnementales. Par ailleurs, notons que la plupart de ces États ne disposent pas de mécanismes juridiques contraignant ces entreprises de répondre à d’éventuels crimes contre l’environnement qu’elles sont susceptibles de commettre sur leurs territoires. Or, en l’absence de telles dispositions, peu de sociétés se conforment aux politiques permettant d’internaliser les risques en raison de leur coût élevé. La volonté de maximiser le profit amène ces entreprises à se livrer à des actes attentatoires à l’environnement, à la santé et à la sécurité des individus lorsque rien ne les contraint à procéder autrement. De façon générale, il appartient à l’État sur le territoire duquel opère une société de réglementer ses activités. Précisons que dans plusieurs États en développement, les entreprises multinationales échappent aux mesures contraignantes en vertu de l’influence financière qu’elles exercent sur les dirigeants de ces États. De même, l’impunité des crimes contre l’environnement commis dans les pays en développement découle aussi du manque de volonté politique accentué par le phénomène de la corruption. Malgré la multiplicité de traités et de conventions internationales dédiés à la protection de l'environnement, ces instruments ne sont pas directement applicables aux sociétés multinationales, considérées comme des acteurs non-étatiques. Alors, les pays développés d’où proviennent la majeure partie des entreprises multinationales sont appelés à combler cette lacune en prenant des mesures qui obligent leurs entreprises à se préoccuper de la préservation de l’environnement dans leurs activités. Cette thèse propose d’examiner les mécanismes juridiques par lesquels les crimes contre l’environnement survenus dans les pays en développement peuvent entraîner des poursuites pénales au Canada. En l’absence de législation ayant une portée extraterritoriale explicite en la matière, cela exige de se référer au droit existant et de proposer une nouvelle approche d’interprétation et d’adaptation tenant compte des récents développements envisageant la protection de l’environnement comme une valeur fondamentale pour la société canadienne. De nos jours, la portée de la protection de l’environnement au Canada requiert l’abandon des anciennes conceptions du principe de la territorialité pour adopter une autre approche plus soucieuse des nouvelles réalités entraînées par la mondialisation économique. Il serait donc légitime pour le Canada d’étendre sa compétence pour réprimer les crimes contre l’environnement survenus à l’étranger lors des activités menées par ses ressortissants. La nécessité de réprimer les atteintes à l’environnement survenues à l’étranger devient plus pressante lorsque ces crimes présentent un degré de gravité comparable à celui des crimes internationaux.

Modèle informatique du coapprentissage des ganglions de la base et du cortex : l'apprentissage par renforcement et le développement de représentations

Tout au long de la vie, le cerveau développe des représentations de son environnement permettant à l’individu d’en tirer meilleur profit. Comment ces représentations se développent-elles pendant la quête de récompenses demeure un mystère. Il est raisonnable de penser que le cortex est le siège de ces représentations et que les ganglions de la base jouent un rôle important dans la maximisation des récompenses. En particulier, les neurones dopaminergiques semblent coder un signal d’erreur de prédiction de récompense. Cette thèse étudie le problème en construisant, à l’aide de l’apprentissage machine, un modèle informatique intégrant de nombreuses évidences neurologiques. Après une introduction au cadre mathématique et à quelques algorithmes de l’apprentissage machine, un survol de l’apprentissage en psychologie et en neuroscience et une revue des modèles de l’apprentissage dans les ganglions de la base, la thèse comporte trois articles. Le premier montre qu’il est possible d’apprendre à maximiser ses récompenses tout en développant de meilleures représentations des entrées. Le second article porte sur l'important problème toujours non résolu de la représentation du temps. Il démontre qu’une représentation du temps peut être acquise automatiquement dans un réseau de neurones artificiels faisant office de mémoire de travail. La représentation développée par le modèle ressemble beaucoup à l’activité de neurones corticaux dans des tâches similaires. De plus, le modèle montre que l’utilisation du signal d’erreur de récompense peut accélérer la construction de ces représentations temporelles. Finalement, il montre qu’une telle représentation acquise automatiquement dans le cortex peut fournir l’information nécessaire aux ganglions de la base pour expliquer le signal dopaminergique. Enfin, le troisième article évalue le pouvoir explicatif et prédictif du modèle sur différentes situations comme la présence ou l’absence d’un stimulus (conditionnement classique ou de trace) pendant l’attente de la récompense. En plus de faire des prédictions très intéressantes en lien avec la littérature sur les intervalles de temps, l’article révèle certaines lacunes du modèle qui devront être améliorées. Bref, cette thèse étend les modèles actuels de l’apprentissage des ganglions de la base et du système dopaminergique au développement concurrent de représentations temporelles dans le cortex et aux interactions de ces deux structures.

Théories du choix rationnel : perspectives et implications en design institutionnel

En raison de sa force explicative et opérationnelle, la théorie du choix rationnel est utilisée au sein de plusieurs disciplines des sciences sociales. Alors que la majorité des économistes conçoivent la théorie du choix rationnel comme un processus de maximisation de l’utilité, la portée de ce modèle est le sujet de nombreuses critiques. Pour plusieurs, certaines préférences ne peuvent être modulées à l’intérieur de ce cadre. Dans ce mémoire, trois conceptions alternatives de la théorie du choix rationnel sont présentées : la rationalité comme présence virtuelle, la rationalité comme mécanisme intentionnel et la rationalité en tant que science du choix. Une analyse critique de celles-ci est effectuée. En design institutionnel, ces trois conceptions de la rationalité offrent des perspectives distinctes. La première met l’emphase sur les motivations non-égocentriques. La seconde mise sur l’aspect adaptatif du processus. La rationalité jouant un rôle privilégié, mais non exclusif, les mécanismes causaux doivent également être considérés. La troisième implique de formuler des règles institutionnels différentes dépendamment du modèle de l’agent rationnel qui est mis de l’avant. L’établissement de règles institutionnelles varie en fonction de la conception adoptée parmi ces théories du choix rationnel.

Approximation de la distribution a posteriori d'un modèle Gamma-Poisson hiérarchique à effets mixtes

La méthode que nous présentons pour modéliser des données dites de "comptage" ou données de Poisson est basée sur la procédure nommée Modélisation multi-niveau et interactive de la régression de Poisson (PRIMM) développée par Christiansen et Morris (1997). Dans la méthode PRIMM, la régression de Poisson ne comprend que des effets fixes tandis que notre modèle intègre en plus des effets aléatoires. De même que Christiansen et Morris (1997), le modèle étudié consiste à faire de l'inférence basée sur des approximations analytiques des distributions a posteriori des paramètres, évitant ainsi d'utiliser des méthodes computationnelles comme les méthodes de Monte Carlo par chaînes de Markov (MCMC). Les approximations sont basées sur la méthode de Laplace et la théorie asymptotique liée à l'approximation normale pour les lois a posteriori. L'estimation des paramètres de la régression de Poisson est faite par la maximisation de leur densité a posteriori via l'algorithme de Newton-Raphson. Cette étude détermine également les deux premiers moments a posteriori des paramètres de la loi de Poisson dont la distribution a posteriori de chacun d'eux est approximativement une loi gamma. Des applications sur deux exemples de données ont permis de vérifier que ce modèle peut être considéré dans une certaine mesure comme une généralisation de la méthode PRIMM. En effet, le modèle s'applique aussi bien aux données de Poisson non stratifiées qu'aux données stratifiées; et dans ce dernier cas, il comporte non seulement des effets fixes mais aussi des effets aléatoires liés aux strates. Enfin, le modèle est appliqué aux données relatives à plusieurs types d'effets indésirables observés chez les participants d'un essai clinique impliquant un vaccin quadrivalent contre la rougeole, les oreillons, la rub\'eole et la varicelle. La régression de Poisson comprend l'effet fixe correspondant à la variable traitement/contrôle, ainsi que des effets aléatoires liés aux systèmes biologiques du corps humain auxquels sont attribués les effets indésirables considérés.

Optimisation du processus de développement du médicament grâce à la modélisation PK et les simulations d’études cliniques

Le développement d’un médicament est non seulement complexe mais les retours sur investissment ne sont pas toujours ceux voulus ou anticipés. Plusieurs médicaments échouent encore en Phase III même avec les progrès technologiques réalisés au niveau de plusieurs aspects du développement du médicament. Ceci se traduit en un nombre décroissant de médicaments qui sont commercialisés. Il faut donc améliorer le processus traditionnel de développement des médicaments afin de faciliter la disponibilité de nouveaux produits aux patients qui en ont besoin. Le but de cette recherche était d’explorer et de proposer des changements au processus de développement du médicament en utilisant les principes de la modélisation avancée et des simulations d’essais cliniques. Dans le premier volet de cette recherche, de nouveaux algorithmes disponibles dans le logiciel ADAPT 5® ont été comparés avec d’autres algorithmes déjà disponibles afin de déterminer leurs avantages et leurs faiblesses. Les deux nouveaux algorithmes vérifiés sont l’itératif à deux étapes (ITS) et le maximum de vraisemblance avec maximisation de l’espérance (MLEM). Les résultats de nos recherche ont démontré que MLEM était supérieur à ITS. La méthode MLEM était comparable à l’algorithme d’estimation conditionnelle de premier ordre (FOCE) disponible dans le logiciel NONMEM® avec moins de problèmes de rétrécissement pour les estimés de variances. Donc, ces nouveaux algorithmes ont été utilisés pour la recherche présentée dans cette thèse. Durant le processus de développement d’un médicament, afin que les paramètres pharmacocinétiques calculés de façon noncompartimentale soient adéquats, il faut que la demi-vie terminale soit bien établie. Des études pharmacocinétiques bien conçues et bien analysées sont essentielles durant le développement des médicaments surtout pour les soumissions de produits génériques et supergénériques (une formulation dont l'ingrédient actif est le même que celui du médicament de marque, mais dont le profil de libération du médicament est différent de celui-ci) car elles sont souvent les seules études essentielles nécessaires afin de décider si un produit peut être commercialisé ou non. Donc, le deuxième volet de la recherche visait à évaluer si les paramètres calculer d’une demi-vie obtenue à partir d'une durée d'échantillonnage réputée trop courte pour un individu pouvaient avoir une incidence sur les conclusions d’une étude de bioéquivalence et s’ils devaient être soustraits d’analyses statistiques. Les résultats ont démontré que les paramètres calculer d’une demi-vie obtenue à partir d'une durée d'échantillonnage réputée trop courte influençaient de façon négative les résultats si ceux-ci étaient maintenus dans l’analyse de variance. Donc, le paramètre de surface sous la courbe à l’infini pour ces sujets devrait être enlevé de l’analyse statistique et des directives à cet effet sont nécessaires a priori. Les études finales de pharmacocinétique nécessaires dans le cadre du développement d’un médicament devraient donc suivre cette recommandation afin que les bonnes décisions soient prises sur un produit. Ces informations ont été utilisées dans le cadre des simulations d’essais cliniques qui ont été réalisées durant la recherche présentée dans cette thèse afin de s’assurer d’obtenir les conclusions les plus probables. Dans le dernier volet de cette thèse, des simulations d’essais cliniques ont amélioré le processus du développement clinique d’un médicament. Les résultats d’une étude clinique pilote pour un supergénérique en voie de développement semblaient très encourageants. Cependant, certaines questions ont été soulevées par rapport aux résultats et il fallait déterminer si le produit test et référence seraient équivalents lors des études finales entreprises à jeun et en mangeant, et ce, après une dose unique et des doses répétées. Des simulations d’essais cliniques ont été entreprises pour résoudre certaines questions soulevées par l’étude pilote et ces simulations suggéraient que la nouvelle formulation ne rencontrerait pas les critères d’équivalence lors des études finales. Ces simulations ont aussi aidé à déterminer quelles modifications à la nouvelle formulation étaient nécessaires afin d’améliorer les chances de rencontrer les critères d’équivalence. Cette recherche a apporté des solutions afin d’améliorer différents aspects du processus du développement d’un médicament. Particulièrement, les simulations d’essais cliniques ont réduit le nombre d’études nécessaires pour le développement du supergénérique, le nombre de sujets exposés inutilement au médicament, et les coûts de développement. Enfin, elles nous ont permis d’établir de nouveaux critères d’exclusion pour des analyses statistiques de bioéquivalence. La recherche présentée dans cette thèse est de suggérer des améliorations au processus du développement d’un médicament en évaluant de nouveaux algorithmes pour des analyses compartimentales, en établissant des critères d’exclusion de paramètres pharmacocinétiques (PK) pour certaines analyses et en démontrant comment les simulations d’essais cliniques sont utiles.

Propriétés optiques et analytiques des nanotrous : vers la conception de biocapteurs en résonance des plasmons de surface localisés

Les biocapteurs sont utilisés quotidiennement pour déterminer la présence de molécules biologiques dans une matrice complexe, comme l’urine pour les tests de grossesses ou le sang pour les glucomètres. Les techniques courantes pour la détection des autres maladies nécessitent fréquemment le marquage de l’analyte avec une autre molécule, ce qui est à éviter pour fin de simplicité d’analyse. Ces travaux ont pour but la maximisation de la sensibilité d’une surface d’or ou d’argent nanotrouée, afin de permettre la détection de la liaison de molécules biologiques par résonance des plasmons de surface localisés (LSPR), en utilisant la spectroscopie de transmission. Un biocapteur portable, rapide et sans marquage pour quantifier des analytes d’intérêt médical ou environnemental pourrait être construit à partir de ces travaux. Dans l’objectif d’étudier de nombreuses configurations pour maximiser la sensibilité, le temps et le coût des méthodes de fabrication de nanostructures habituelles auraient limité le nombre de surfaces nanotrouées pouvant être étudiées. Un autre objectif du projet consiste donc au développement d’une technique de fabrication rapide de réseaux de nanotrous, et à moindres coûts, basée sur la lithographie de nanosphères (NSL) et sur la gravure au plasma à l’oxygène (RIE). La sensibilité à la variation d’indice de réfraction associée aux liaisons de molécules sur la surface du métal noble et la longueur d’onde d’excitation du plasmon de surface sont influencées par les caractéristiques des réseaux de nanotrous. Dans les travaux rapportés ici, la nature du métal utilisé, le diamètre ainsi que la périodicité des trous sont variés pour étudier leur influence sur les bandes LSPR du spectre en transmission pour maximiser cette sensibilité, visant la fabrication d’un biocapteur. Les surfaces d’argent, ayant un diamètre de nanotrous inférieur à 200 nm pour une périodicité de 450 nm et les nanotrous d’une périodicité de 650 nm démontre un potentiel de sensibilité supérieur.

Les motivations des acteurs étatiques dans les interventions humanitaires : les États-Unis face aux cas du Rwanda (1994), du Kosovo (1999) et du Darfour (2003 à 2008)

Ce mémoire vise à comprendre les motivations des États à intervenir militairement dans un autre État pour mettre fin aux violations graves des droits de l’homme tel que le nettoyage ethnique et le génocide. Plus précisément, nous cherchons à comprendre pourquoi il y a eu une variation dans la position américaine face aux cas de génocide au Rwanda en 1994, au Kosovo en 1999 et au Darfour de 2003 à 2008. À partir d’une approche réaliste en Relations Internationales qui met l’accent sur l’intérêt national égoïste comme facteur principal explicatif du comportement des États, nous procédons à l’étude des cas de la position américaine lors de trois crises humanitaires. Plus précisément, nous cherchons à comprendre la non intervention des États-Unis lors du génocide des Tutsis au Rwanda en 1994, l’intervention américaine au Kosovo en 1999, et enfin la non intervention américaine au Darfour de 2003 à 2008. En somme, nos études de cas démontrent que c’est l’intérêt national qui motive les États d’intervenir ou de ne pas intervenir lors des cas de nettoyage ethnique ou de génocide. D’une part, lors du génocide des Tutsis au Rwanda en 1994, les États-Unis ne sont pas intervenus car l’intérêt national interprété comme le repli sur les affaires internes américaines ne serait pas maximisé par l’intervention militaire. Ensuite, l’intervention des États-Unis et de l’OTAN au Kosovo en 1999 est expliquée par l’intérêt national américain dans un contexte de l’après guerre froide d’approfondir son engagement sécuritaire en Europe et de préserver sa position hégémonique et son prestige sur la scène internationale, d’assurer la stabilité régionale et de préserver la crédibilité de l’OTAN. Finalement, l’intérêt national défini en termes de sécurité dans un contexte de la guerre au terrorisme explique la non intervention américaine au Darfour de 2003 à 2008.

La faiblesse de volonté : conceptions classiques et dynamiques

La présente thèse expose, analyse et critique les positions classiques et modernes à l’égard de la nature et des causes de la faiblesse de volonté. L’identification du problème par Platon et Aristote a donné lieu à l’explicitation de principes et propositions portant sur la rationalité pratique en général et la motivation en particulier. Une discussion de ces principes et propositions est faite dans la mesure où ils ont conservé une certaine pertinence pour les théories modernes. Ce qui est devenu la conception standard de la stricte akrasie ainsi que son caractère prétendument paradoxal sont mis de l’avant. Nous argumentons qu’une position sceptique à l’égard de la stricte akrasie ne peut pas reposer sur une version ou une autre de la théorie des préférences révélées et montrons qu’une description du processus décisionnel est nécessaire pour attribuer une préférence synthétique ou un meilleur jugement. Nous abordons le débat philosophique qui oppose une conception internaliste du lien entre le meilleur jugement et la décision à une conception externaliste, et soutenons, sur la base de résultats expérimentaux en psychologie cognitive et en neuroscience, que cette dernière conception est plus robuste, bien qu’imparfaite. Ces résultats ne vont pas toutefois à l’encontre de l’hypothèse que les agents sont des maximisateurs dans la satisfaction de leur préférence, laquelle hypothèse continue de justifier une forme de scepticisme à l’égard de la stricte akrasie. Nous exposons, par contre, des arguments solides à l’encontre de cette hypothèse et montrons pourquoi la maximisation n’est pas nécessairement requise pour le choix rationnel et que nous devons, par conséquent, réviser la conception standard de la stricte akrasie. Nous discutons de l’influente théorie de Richard Holton sur la faiblesse de volonté non strictement akratique. Bien que compatible avec une conception non maximisante, sa théorie réduit trop les épisodes de faiblesse de volonté à des cas d’irrésolution. Nous exposons finalement la théorie du choix intertemporel. Cette théorie est plus puissante parce qu’elle décrit et explique, à partir d’un même schème conceptuel, autant la stricte akrasie que l’akrasie tout court. Ce schème concerne les propriétés des distributions temporelles des conséquences des décisions akratiques et les attitudes prospectives qui motivent les agents à les prendre. La structure de ces distributions, couplée à la dévaluation à l’égard du futur, permet également d’expliquer de manière simple et élégante pourquoi la faiblesse de volonté est irrationnelle. Nous discutons de l’hypothèse qu’une préférence temporelle pure est à la source d’une telle dévaluation et mentionnons quelques éléments critiques et hypothèses concurrentes plus conformes à une approche cognitiviste du problème.

A class of bivariate Erlang distributions and ruin probabilities in multivariate risk models

Nous y introduisons une nouvelle classe de distributions bivariées de type Marshall-Olkin, la distribution Erlang bivariée. La transformée de Laplace, les moments et les densités conditionnelles y sont obtenus. Les applications potentielles en assurance-vie et en finance sont prises en considération. Les estimateurs du maximum de vraisemblance des paramètres sont calculés par l'algorithme Espérance-Maximisation. Ensuite, notre projet de recherche est consacré à l'étude des processus de risque multivariés, qui peuvent être utiles dans l'étude des problèmes de la ruine des compagnies d'assurance avec des classes dépendantes. Nous appliquons les résultats de la théorie des processus de Markov déterministes par morceaux afin d'obtenir les martingales exponentielles, nécessaires pour établir des bornes supérieures calculables pour la probabilité de ruine, dont les expressions sont intraitables.

Improving the microbial production of biofuels through metabolic engineering

Les défis conjoints du changement climatique d'origine anthropique et la diminution des réserves de combustibles fossiles sont le moteur de recherche intense pour des sources d'énergie alternatives. Une avenue attrayante est d'utiliser un processus biologique pour produire un biocarburant. Parmi les différentes options en matière de biocarburants, le bio-hydrogène gazeux est un futur vecteur énergétique attrayant en raison de son efficacité potentiellement plus élevé de conversion de puissance utilisable, il est faible en génération inexistante de polluants et de haute densité d'énergie. Cependant, les faibles rendements et taux de production ont été les principaux obstacles à l'application pratique des technologies de bio-hydrogène. Des recherches intensives sur bio-hydrogène sont en cours, et dans les dernières années, plusieurs nouvelles approches ont été proposées et étudiées pour dépasser ces inconvénients. À cette fin, l'objectif principal de cette thèse était d'améliorer le rendement en hydrogène moléculaire avec un accent particulier sur l'ingénierie métabolique et l’utilisation de bioprocédés à variables indépendantes. Une de nos hypothèses était que la production d’hydrogène pourrait être améliorée et rendue plus économiquement viable par ingénierie métabolique de souches d’Escherichia coli producteurs d’hydrogène en utilisant le glucose ainsi que diverses autres sources de carbone, y compris les pentoses. Les effets du pH, de la température et de sources de carbone ont été étudiés. La production maximale d'hydrogène a été obtenue à partir de glucose, à un pH initial de 6.5 et une température de 35°C. Les études de cinétiques de croissance ont montré que la μmax était 0.0495 h-1 avec un Ks de 0.0274 g L-1 lorsque le glucose est la seule source de carbone en milieu minimal M9. .Parmi les nombreux sucres et les dérivés de sucres testés, les rendements les plus élevés d'hydrogène sont avec du fructose, sorbitol et D-glucose; 1.27, 1.46 et 1.51 mol H2 mol-1 de substrat, respectivement. En outre, pour obtenir les interactions entre les variables importantes et pour atteindre une production maximale d'hydrogène, un design 3K factoriel complet Box-Behnken et la méthodologie de réponse de surface (RSM) ont été employées pour la conception expérimentale et l'analyse de la souche d'Escherichia coli DJT135. Le rendement en hydrogène molaire maximale de 1.69 mol H2 mol-1 de glucose a été obtenu dans les conditions optimales de 75 mM de glucose, à 35°C et un pH de 6.5. Ainsi, la RSM avec un design Box-Behken était un outil statistique utile pour atteindre des rendements plus élevés d'hydrogène molaires par des organismes modifiés génétiquement. Ensuite, l'expression hétérologue de l’hydrogénases soluble [Ni-Fe] de Ralstonia eutropha H16 (l'hydrogénase SH) a tenté de démontrer que la mise en place d'une voie capable de dériver l'hydrogène à partir de NADH pourrait surpasser le rendement stoechiométrique en hydrogène.. L’expression a été démontrée par des tests in vitro de l'activité enzymatique. Par ailleurs, l'expression de SH a restaurée la croissance en anaérobie de souches mutantes pour adhE, normalement inhibées en raison de l'incapacité de réoxyder le NADH. La mesure de la production d'hydrogène in vivo a montré que plusieurs souches modifiées métaboliquement sont capables d'utiliser l'hydrogénase SH pour dériver deux moles d’hydrogène par mole de glucose consommé, proche du maximum théorique. Une autre stratégie a montré que le glycérol brut pourrait être converti en hydrogène par photofermentation utilisant Rhodopseudomonas palustris par photofermentation. Les effets de la source d'azote et de différentes concentrations de glycérol brut sur ce processus ont été évalués. À 20 mM de glycérol, 4 mM glutamate, 6.1 mol hydrogène / mole de glycérol brut ont été obtenus dans des conditions optimales, un rendement de 87% de la théorie, et significativement plus élevés que ce qui a été réalisé auparavant. En prolongement de cette étude, l'optimisation des paramètres a également été utilisée. Dans des conditions optimales, une intensité lumineuse de 175 W/m2, 30 mM glycérol et 4.5 mM de glutamate, 6.69 mol hydrogène / mole de glycérol brut ont été obtenus, soit un rendement de 96% de la valeur théorique. La détermination de l'activité de la nitrogénase et ses niveaux d'expression ont montré qu'il y avait relativement peu de variation de la quantité de nitrogénase avec le changement des variables alors que l'activité de la nitrogénase variait considérablement, avec une activité maximale (228 nmol de C2H4/ml/min) au point central optimal. Dans la dernière section, la production d'hydrogène à partir du glucose via la photofermentation en une seule étape a été examinée avec la bactérie photosynthétique Rhodobacter capsulatus JP91 (hup-). La méthodologie de surface de réponse avec Box-Behnken a été utilisée pour optimiser les variables expérimentales de façon indépendante, soit la concentration de glucose, la concentration du glutamate et l'intensité lumineuse, ainsi que d'examiner leurs effets interactifs pour la maximisation du rendement en hydrogène moléculaire. Dans des conditions optimales, avec une intensité lumineuse de 175 W/m2, 35 mM de glucose, et 4.5 mM de glutamate,, un rendement maximal d'hydrogène de 5.5 (± 0.15) mol hydrogène /mol glucose, et un maximum d'activité de la nitrogénase de 246 (± 3.5) nmol C2H4/ml/min ont été obtenus. L'analyse densitométrique de l'expression de la protéine-Fe nitrogenase dans les différentes conditions a montré une variation significative de l'expression protéique avec un maximum au point central optimisé. Même dans des conditions optimales pour la production d'hydrogène, une fraction significative de la protéine Fe a été trouvée dans l'état ADP-ribosylée, suggérant que d'autres améliorations des rendements pourraient être possibles. À cette fin, un mutant amtB dérivé de Rhodobacter capsulatus JP91 (hup-) a été créé en utilisant le vecteur de suicide pSUP202. Les résultats expérimentaux préliminaires montrent que la souche nouvellement conçue métaboliquement, R. capsulatus DG9, produit 8.2 (± 0.06) mol hydrogène / mole de glucose dans des conditions optimales de cultures discontinues (intensité lumineuse, 175 W/m2, 35 mM de glucose et 4.5 mM glutamate). Le statut d'ADP-ribosylation de la nitrogénase-protéine Fe a été obtenu par Western Blot pour la souche R. capsulatus DG9. En bref, la production d'hydrogène est limitée par une barrière métabolique. La principale barrière métabolique est due au manque d'outils moléculaires possibles pour atteindre ou dépasser le rendement stochiométrique en bio-hydrogène depuis les dernières décennies en utilisant les microbes. À cette fin, une nouvelle approche d’ingénierie métabolique semble très prometteuse pour surmonter cette contrainte vers l'industrialisation et s'assurer de la faisabilité de la technologie de la production d'hydrogène. Dans la présente étude, il a été démontré que l’ingénierie métabolique de bactéries anaérobiques facultatives (Escherichia coli) et de bactéries anaérobiques photosynthétiques (Rhodobacter capsulatus et Rhodopseudomonas palustris) peuvent produire de l'hydrogène en tant que produit majeur à travers le mode de fermentation par redirection métabolique vers la production d'énergie potentielle. D'autre part, la méthodologie de surface de réponse utilisée dans cette étude représente un outil potentiel pour optimiser la production d'hydrogène en générant des informations appropriées concernant la corrélation entre les variables et des producteurs de bio-de hydrogène modifiés par ingénierie métabolique. Ainsi, un outil d'optimisation des paramètres représente une nouvelle avenue pour faire un pont entre le laboratoire et la production d'hydrogène à l'échelle industrielle en fournissant un modèle mathématique potentiel pour intensifier la production de bio-hydrogène. Par conséquent, il a été clairement mis en évidence dans ce projet que l'effort combiné de l'ingénierie métabolique et la méthodologie de surface de réponse peut rendre la technologie de production de bio-hydrogène potentiellement possible vers sa commercialisation dans un avenir rapproché.

Estimation du modèle GARCH à changement de régimes et son utilité pour quantifier le risque de modèle dans les applications financières en actuariat

Le modèle GARCH à changement de régimes est le fondement de cette thèse. Ce modèle offre de riches dynamiques pour modéliser les données financières en combinant une structure GARCH avec des paramètres qui varient dans le temps. Cette flexibilité donne malheureusement lieu à un problème de path dependence, qui a empêché l'estimation du modèle par le maximum de vraisemblance depuis son introduction, il y a déjà près de 20 ans. La première moitié de cette thèse procure une solution à ce problème en développant deux méthodologies permettant de calculer l'estimateur du maximum de vraisemblance du modèle GARCH à changement de régimes. La première technique d'estimation proposée est basée sur l'algorithme Monte Carlo EM et sur l'échantillonnage préférentiel, tandis que la deuxième consiste en la généralisation des approximations du modèle introduites dans les deux dernières décennies, connues sous le nom de collapsing procedures. Cette généralisation permet d'établir un lien méthodologique entre ces approximations et le filtre particulaire. La découverte de cette relation est importante, car elle permet de justifier la validité de l'approche dite par collapsing pour estimer le modèle GARCH à changement de régimes. La deuxième moitié de cette thèse tire sa motivation de la crise financière de la fin des années 2000 pendant laquelle une mauvaise évaluation des risques au sein de plusieurs compagnies financières a entraîné de nombreux échecs institutionnels. À l'aide d'un large éventail de 78 modèles économétriques, dont plusieurs généralisations du modèle GARCH à changement de régimes, il est démontré que le risque de modèle joue un rôle très important dans l'évaluation et la gestion du risque d'investissement à long terme dans le cadre des fonds distincts. Bien que la littérature financière a dévoué beaucoup de recherche pour faire progresser les modèles économétriques dans le but d'améliorer la tarification et la couverture des produits financiers, les approches permettant de mesurer l'efficacité d'une stratégie de couverture dynamique ont peu évolué. Cette thèse offre une contribution méthodologique dans ce domaine en proposant un cadre statistique, basé sur la régression, permettant de mieux mesurer cette efficacité.

Sensibilisation aux émotions et formation de représentations par biofeedback social - Une révision du modèle et ses implications cliniques

Peu différenciées à la naissance, les émotions deviendraient intelligibles en étant élevées à la conscience par le développement d’une sensibilité aux sensations internes accompagnant l’émotion, sa représentation et sa symbolisation (Gergely & Watson, 1996). La théorie du miroir affectif-parental du biofeedback social de Gergely & Watson (1996), poussée plus loin par Fonagy, Gergely, Jurist et Target (2002), explique comment une interaction de biofeedback social complexe, innée, et probablement implicite, s’établit entre parent et nouveau-né pour aider ce dernier à différencier les somatosensations accompagnant l’expérience d’une émotion, au travers d’un comportement parental de miroir. Le but de cette thèse est de réviser cette théorie, et plus particulièrement l’hypothèse du miroir « marqué » (markedness), qui serait nécessaire pour dissocier le miroir parental du parent, et permettre l’appropriation de son contenu informationnel par l’enfant. Ce processus de sensibilisation est conçu comme partie intégrante du travail de symbolisation des émotions chez les enfants autant que chez les adultes. Cependant, le miroir marqué se manifestant par une expression exagérée ou « voix de bébé » (motherese) nécessiterait l’utilisation par le thérapeute d’une « voix de patient » (therapese) (Fonagy, 2010) pour être appliqué à la psychothérapie adulte, une proposition difficile à soutenir. La révision examine comment la sensibilisation d’une émotion est accomplie : par un mécanisme d’internalisation nécessitant un miroir « marqué » ou par un mécanisme de détection de la contingence de l’enfant. Elle démontre que le détecteur de contingence du nouveau-né (d’un fonctionnement semblable au système d’entraînement par biofeedback pour adultes) est le médiateur des fonctions de sensibilisation, de représentation, et de symbolisation de la ii sensation d’une émotion par ses processus de détection de la covariance-invariance, de la maximisation, et du contrôle contingent du miroir parental. Ces processus permettent à l’émotion de devenir consciente, que le miroir parental soit ‘marqué’ ou non. Le modèle révisé devient donc applicable à la thérapie des adultes. Une vignette clinique analysée à l’aide de la perspective du Boston Change Process Study Group sur le changement est utilisée pour contraster et illustrer les processus de sensibilisation et de symbolisation des émotions, et leur application à la psychothérapie adulte. Cette thèse considère les implications cliniques du nouveau modèle, et elle spécule sur les conséquences de difficultés parentales vis-à-vis de la disponibilité requise par les besoins de biofeedback social du nouveau-né, et sur les conséquences de traumatismes déconnectant des émotions déjà sensibilisées de leurs représentations. Finalement, elle suggère que le miroir sensible des émotions en thérapie puisse remédier à ces deux sortes de difficultés, et que le modèle puisse être utilisé concurremment à d’autres modèles du changement, en facilitant la génération d’états internes ressentis et symbolisés pouvant être utilisés pour communiquer avec soi-même et les autres pour la réparation de difficultés émotionnelles et relationnelles chez les enfants et les adultes.

Les algorithmes de haute résolution en tomographie d'émission par positrons : développement et accélération sur les cartes graphiques

La tomographie d’émission par positrons (TEP) est une modalité d’imagerie moléculaire utilisant des radiotraceurs marqués par des isotopes émetteurs de positrons permettant de quantifier et de sonder des processus biologiques et physiologiques. Cette modalité est surtout utilisée actuellement en oncologie, mais elle est aussi utilisée de plus en plus en cardiologie, en neurologie et en pharmacologie. En fait, c’est une modalité qui est intrinsèquement capable d’offrir avec une meilleure sensibilité des informations fonctionnelles sur le métabolisme cellulaire. Les limites de cette modalité sont surtout la faible résolution spatiale et le manque d’exactitude de la quantification. Par ailleurs, afin de dépasser ces limites qui constituent un obstacle pour élargir le champ des applications cliniques de la TEP, les nouveaux systèmes d’acquisition sont équipés d’un grand nombre de petits détecteurs ayant des meilleures performances de détection. La reconstruction de l’image se fait en utilisant les algorithmes stochastiques itératifs mieux adaptés aux acquisitions à faibles statistiques. De ce fait, le temps de reconstruction est devenu trop long pour une utilisation en milieu clinique. Ainsi, pour réduire ce temps, on les données d’acquisition sont compressées et des versions accélérées d’algorithmes stochastiques itératifs qui sont généralement moins exactes sont utilisées. Les performances améliorées par l’augmentation de nombre des détecteurs sont donc limitées par les contraintes de temps de calcul. Afin de sortir de cette boucle et permettre l’utilisation des algorithmes de reconstruction robustes, de nombreux travaux ont été effectués pour accélérer ces algorithmes sur les dispositifs GPU (Graphics Processing Units) de calcul haute performance. Dans ce travail, nous avons rejoint cet effort de la communauté scientifique pour développer et introduire en clinique l’utilisation des algorithmes de reconstruction puissants qui améliorent la résolution spatiale et l’exactitude de la quantification en TEP. Nous avons d’abord travaillé sur le développement des stratégies pour accélérer sur les dispositifs GPU la reconstruction des images TEP à partir des données d’acquisition en mode liste. En fait, le mode liste offre de nombreux avantages par rapport à la reconstruction à partir des sinogrammes, entre autres : il permet d’implanter facilement et avec précision la correction du mouvement et le temps de vol (TOF : Time-Of Flight) pour améliorer l’exactitude de la quantification. Il permet aussi d’utiliser les fonctions de bases spatio-temporelles pour effectuer la reconstruction 4D afin d’estimer les paramètres cinétiques des métabolismes avec exactitude. Cependant, d’une part, l’utilisation de ce mode est très limitée en clinique, et d’autre part, il est surtout utilisé pour estimer la valeur normalisée de captation SUV qui est une grandeur semi-quantitative limitant le caractère fonctionnel de la TEP. Nos contributions sont les suivantes : - Le développement d’une nouvelle stratégie visant à accélérer sur les dispositifs GPU l’algorithme 3D LM-OSEM (List Mode Ordered-Subset Expectation-Maximization), y compris le calcul de la matrice de sensibilité intégrant les facteurs d’atténuation du patient et les coefficients de normalisation des détecteurs. Le temps de calcul obtenu est non seulement compatible avec une utilisation clinique des algorithmes 3D LM-OSEM, mais il permet également d’envisager des reconstructions rapides pour les applications TEP avancées telles que les études dynamiques en temps réel et des reconstructions d’images paramétriques à partir des données d’acquisitions directement. - Le développement et l’implantation sur GPU de l’approche Multigrilles/Multitrames pour accélérer l’algorithme LMEM (List-Mode Expectation-Maximization). L’objectif est de développer une nouvelle stratégie pour accélérer l’algorithme de référence LMEM qui est un algorithme convergent et puissant, mais qui a l’inconvénient de converger très lentement. Les résultats obtenus permettent d’entrevoir des reconstructions en temps quasi-réel que ce soit pour les examens utilisant un grand nombre de données d’acquisition aussi bien que pour les acquisitions dynamiques synchronisées. Par ailleurs, en clinique, la quantification est souvent faite à partir de données d’acquisition en sinogrammes généralement compressés. Mais des travaux antérieurs ont montré que cette approche pour accélérer la reconstruction diminue l’exactitude de la quantification et dégrade la résolution spatiale. Pour cette raison, nous avons parallélisé et implémenté sur GPU l’algorithme AW-LOR-OSEM (Attenuation-Weighted Line-of-Response-OSEM) ; une version de l’algorithme 3D OSEM qui effectue la reconstruction à partir de sinogrammes sans compression de données en intégrant les corrections de l’atténuation et de la normalisation dans les matrices de sensibilité. Nous avons comparé deux approches d’implantation : dans la première, la matrice système (MS) est calculée en temps réel au cours de la reconstruction, tandis que la seconde implantation utilise une MS pré- calculée avec une meilleure exactitude. Les résultats montrent que la première implantation offre une efficacité de calcul environ deux fois meilleure que celle obtenue dans la deuxième implantation. Les temps de reconstruction rapportés sont compatibles avec une utilisation clinique de ces deux stratégies.