Juguem amb la Wii!: telemesura d'acceleracions en 3D : desenvolupament d'un projecte informàtic de codi lliure

Treball de recerca realitzat per un alumne d'ensenyament secundari i guardonat amb un Premi CIRIT per fomentar l'esperit científic del Jovent l'any 2009. Aquest treball de recerca és un projecte sobre el disseny i la creació d’un programa informàtic de codi obert amb l’objectiu de mesurar acceleracions en tres dimensions utilitzant el comandament de la wii, també conegut com a wiimote. Per tant, s'ha creat un programa que es connecta amb el wiimote, en rep les dades, les guarda i les representa per analitzar posteriorment diversos tipus de moviments i les seves acceleracions. Per tal de fer això es va aprofitar una biblioteca de funcions de codi obert ja existent que aporta les funcions principals per a la comunicació i control del comandament. El codi obert és un concepte que s’utilitza per als projectes informàtics, el codi dels quals està a la disposició de qui el necessiti. La biblioteca utilitzada està escrita en llenguatge C i per a plataforma Linux, i per tal d’aprofitar-la es va haver d’aprendre a utilitzar tant el llenguatge com la plataforma ja que no s'hi havia treballat mai abans. Gràcies a aquest projecte s'ha tingut la possibilitat de veure el funcionament d’algunes tecnologies alternatives i veure’n els avantatges sobre les convencionals o propietàries. Així doncs, des del punt de vista de l'autor, ha estat útil i enriquidor el fet de realitzar-lo.

Disseny d'un Battle Chess 3D (2)

Aquesta memòria descriu el projecte de final de carrera anomenat "Disseny d’un Battle Chess 3D (2)", que tracta de la creació, modelat i animació de peces per a un joc d’escacs en 3 dimensions amb certes temàtiques, i que posteriorment s’integren amb el projecte "Disseny d’un Battle Chess 3D (1)" per a formar un joc interactiu d’escacs en un applet de Java. Es descriuen les eines utilitzades, les fases de creació, tècniques simbòliques, mètodes més emprats, proves sotmeses, limitacions, i finalment s’arriba una conclusió de treball aconseguit.

A collaborative approach for incorporating forensic case data into crime investigation using criminal intelligence analysis and visualisation

There is an increasing awareness that the articulation of forensic science and criminal investigation is critical to the resolution of crimes. However, models and methods to support an effective collaboration between these partners are still poorly expressed or even lacking. Three propositions are borrowed from crime intelligence methods in order to bridge this gap: (a) the general intelligence process, (b) the analyses of investigative problems along principal perspectives: entities and their relationships, time and space, quantitative aspects and (c) visualisation methods as a mode of expression of a problem in these dimensions. Indeed, in a collaborative framework, different kinds of visualisations integrating forensic case data can play a central role for supporting decisions. Among them, link-charts are scrutinised for their abilities to structure and ease the analysis of a case by describing how relevant entities are connected. However, designing an informative chart that does not bias the reasoning process is not straightforward. Using visualisation as a catalyser for a collaborative approach integrating forensic data thus calls for better specifications.

DETERMINATION OF CELL-SPECIFIC NEUROTOXICITY OF MALONATE, METHYLMALONATE AND PROPIONATE IN A 3D RAT BRAIN CELL AGGREGATE SYSTEM

Malonate, methylmalonate and propionate are potentially neurotoxic metabolites in branched-chain organic acidurias. Their effects were tested on cultured 3D rat brain cell aggregates, using dosages of 0.1, 1.0 and 10.0 mM with a short but intense (twice a day over 3 days) and a longer but less intense treatment (every 3 rdday over 9 days). CNS cell-specific immunohistochemical stainings allowed the follow-up of neurons (axons, phosphorylated medium-weight neurofilament), astrocytes (glial fibrillary acidic protein) and oligodendrocytes (myelin basic protein). Methylmalonate and malonate were quantified by tandem mass spectrometry. Tandem mass spectrometry analysis of harvested brain cell aggregates revealed clear intracellular accumulation of methylmalonate and malonate. In immunohistochemical stainings oligodendrocytes appeared the most affected brain cells. The MBP signal disappeared already at 0.1 mM treatment with each metabolite. Mature astrocytes were not affected by propionate, while immature astrocytes on intense treatment with propionate developed cell swelling. 1 mM methylmalonate induced cell swelling of both immature and mature astrocytes , while 1 mM malonate only affected mature astrocytes. Neurons were not affected by methylmalonate, but 10.0 mM malonate on less intense treatment and 0.1, 1.0 and 10.0 mM propionate on intense treatment affected axonal growth. Our study shows significant uptake and deleterious effects of these metabolites on brain cells, principally on astrocytes and oligodendrocytes. This may be explained by the absence of the pathway in glial cells, which thus are not able to degrade these metabolites. Further studies are ongoing to elucidate the underlying mechanisms of the observed neurotoxic effects.

3D visualization software to analyze topological outcomes of topoisomerase reactions.

The action of various DNA topoisomerases frequently results in characteristic changes in DNA topology. Important information for understanding mechanistic details of action of these topoisomerases can be provided by investigating the knot types resulting from topoisomerase action on circular DNA forming a particular knot type. Depending on the topological bias of a given topoisomerase reaction, one observes different subsets of knotted products. To establish the character of topological bias, one needs to be aware of all possible topological outcomes of intersegmental passages occurring within a given knot type. However, it is not trivial to systematically enumerate topological outcomes of strand passage from a given knot type. We present here a 3D visualization software (TopoICE-X in KnotPlot) that incorporates topological analysis methods in order to visualize, for example, knots that can be obtained from a given knot by one intersegmental passage. The software has several other options for the topological analysis of mechanisms of action of various topoisomerases.

Implementació de les físiques d'un vehicle en un videojoc 3D

En la carrera del mundo de los videojuegos por alcanzar insospechables cotas de realismo con las que seguir sorprendiendo y enganchando al público, los motores de física se han convertido en la herramienta de presente y futuro. Atraídos por el auge de esta nueva tecnología, hemos lidiado con los motores referencia hoy día en el mercado, seleccionando luego uno de ellos e implementando un humilde videojuego de carreras como muestra de su potencial y de los conocimientos adquiridos.

Méthodes de visualisation en analyse criminelle: approche générale de conception des schémas relationnels et développement d'un catalogue de patterns

Le travail policier et l'enquête judiciaire nécessitent de prendre de nombreuses décisions : choisir quelle trace analyser, mettre sous surveillance ou en détention un suspect, sont autant de décisions qui sont prises quotidiennement par les acteurs du système judiciaire. Ces décisions font l'objet de pesées d'intérêts qui se fondent sur l'analyse de l'information accessible. C'est le rôle de l'analyse criminelle de mettre en perspective l'information colligée pour la rendre intelligible aux décideurs compétents. L'usage de représentations graphiques est notamment recommandé pour soutenir l'analyse et la communication de ces informations.Des techniques de visualisation relationnelle sont notamment exploitées dans les enquêtes judiciaires afin de faciliter le traitement d'affaires d'envergure. Les éléments pertinents de l'enquête sont représentés sous la forme de schémas décrivant les relations entre les événements et les entités d'intérêts (tel que des personnes, des objets et des traces). Les exploitations classiques de ces techniques qui s'apparentent à des graphes, sont par exemple : la représentation de réseaux criminels, de trafics de marchandises, de chronologies d'événements, ainsi que la visualisation de relations téléphoniques et financières. Dans ce contexte, la visualisation soutient un nombre importants d'objectifs, tels qu'analyser les traces et les informations collectées, évaluer a posteriori une investigation, aider à qualifier les infractions, faciliter l'appréhension d'un dossier, voire soutenir une argumentation lors du procès.La pratique intègre des outils logiciels simples qui produisent des graphiques élégants et souvent percutants. Leur utilisation semble néanmoins soulever des difficultés. Cette recherche tend à montrer qu'il existe des disparités étonnantes lors de l'exploitation de ces techniques. Des biais de raisonnement et de perception peuvent être induits, allant jusqu'à provoquer des décisions aux conséquences parfois désastreuses. Ce constat révèle la nécessité de consolider les méthodes pratiquées.Pour mettre en évidence ces difficultés, des évaluations ont été effectuées avec des praticiens et des étudiants. Elles ont permis d'établir une image empirique de l'étendue des variations de conception et d'interprétation des représentations, ainsi que de leurs impacts sur la prise de décision. La nature et la diversité des concepts à représenter, l'absence d'un consensus émergeant sur la manière de représenter les données, la diversité des solutions visuelles envisageables, les contraintes imposées par les outils exploités et l'absence d'une formalisation claire du langage, sont autant de causes supposées des difficultés.Au cours des vingt dernières années, plusieurs axes de développement ont été proposés pour traiter les difficultés observées, tels que l'amélioration des automatismes facilitant la conception d'une représentation, l'exploitation des techniques de réseaux sociaux, l'automatisation de l'identification et de l'extraction des entités dans du texte non-structuré et la définition de langages formels. Cette recherche propose une approche parallèle fondée sur une exploitation adaptée de structures de graphe et de propriétés visuelles pour optimiser la représentation en fonction des objectifs définis et de la nature des informations à représenter.Des solutions ont été recherchées selon plusieurs axes. Des recommandations générales, issues de diverses communautés de recherche liées à la visualisation, ont été recherchées afin de proposer une démarche générale de conception des schémas relationnels. Par ailleurs, le développement d'un catalogue de bonnes pratiques formalisées sous la forme de patterns de visualisation a été amorcé. Chaque pattern décrit une solution particulière pour un problème d'analyse récurrent, tel que l'analyse d'une série de cambriolages. Finalement, l'impact sur les outils de la méthodologie proposée est discuté en regard des limites qu'ils imposent. Un prototype de visualisation multidimensionnel a été élaboré.Cette recherche met en évidence les difficultés rencontrées lors de l'exploitation de représentations graphiques pour soutenir le processus de l'enquête judiciaire et propose des éléments de méthode et des innovations techniques utiles tant pour l'enseignement de la discipline que pour sa pratique.

3D gait assessment in young and elderly subjects using foot-worn inertial sensors.

This study describes the validation of a new wearable system for assessment of 3D spatial parameters of gait. The new method is based on the detection of temporal parameters, coupled to optimized fusion and de-drifted integration of inertial signals. Composed of two wirelesses inertial modules attached on feet, the system provides stride length, stride velocity, foot clearance, and turning angle parameters at each gait cycle, based on the computation of 3D foot kinematics. Accuracy and precision of the proposed system were compared to an optical motion capture system as reference. Its repeatability across measurements (test-retest reliability) was also evaluated. Measurements were performed in 10 young (mean age 26.1±2.8 years) and 10 elderly volunteers (mean age 71.6±4.6 years) who were asked to perform U-shaped and 8-shaped walking trials, and then a 6-min walking test (6MWT). A total of 974 gait cycles were used to compare gait parameters with the reference system. Mean accuracy±precision was 1.5±6.8cm for stride length, 1.4±5.6cm/s for stride velocity, 1.9±2.0cm for foot clearance, and 1.6±6.1° for turning angle. Difference in gait performance was observed between young and elderly volunteers during the 6MWT particularly in foot clearance. The proposed method allows to analyze various aspects of gait, including turns, gait initiation and termination, or inter-cycle variability. The system is lightweight, easy to wear and use, and suitable for clinical application requiring objective evaluation of gait outside of the lab environment.

Coltop3D: A new software for structural analysis with high resolution 3D point clouds and DEM

Coltop3D is a software that performs structural analysis by using digital elevation model (DEM) and 3D point clouds acquired with terrestrial laser scanners. A color representation merging slope aspect and slope angle is used in order to obtain a unique code of color for each orientation of a local slope. Thus a continuous planar structure appears in a unique color. Several tools are included to create stereonets, to draw traces of discontinuities, or to compute automatically density stereonet. Examples are shown to demonstrate the efficiency of the method.

Stochastic time-concentration activity models for cytotoxicity in 3D brain cell cultures.

BACKGROUND: In vitro aggregating brain cell cultures containing all types of brain cells have been shown to be useful for neurotoxicological investigations. The cultures are used for the detection of nervous system-specific effects of compounds by measuring multiple endpoints, including changes in enzyme activities. Concentration-dependent neurotoxicity is determined at several time points. METHODS: A Markov model was set up to describe the dynamics of brain cell populations exposed to potentially neurotoxic compounds. Brain cells were assumed to be either in a healthy or stressed state, with only stressed cells being susceptible to cell death. Cells may have switched between these states or died with concentration-dependent transition rates. Since cell numbers were not directly measurable, intracellular lactate dehydrogenase (LDH) activity was used as a surrogate. Assuming that changes in cell numbers are proportional to changes in intracellular LDH activity, stochastic enzyme activity models were derived. Maximum likelihood and least squares regression techniques were applied for estimation of the transition rates. Likelihood ratio tests were performed to test hypotheses about the transition rates. Simulation studies were used to investigate the performance of the transition rate estimators and to analyze the error rates of the likelihood ratio tests. The stochastic time-concentration activity model was applied to intracellular LDH activity measurements after 7 and 14 days of continuous exposure to propofol. The model describes transitions from healthy to stressed cells and from stressed cells to death. RESULTS: The model predicted that propofol would affect stressed cells more than healthy cells. Increasing propofol concentration from 10 to 100 μM reduced the mean waiting time for transition to the stressed state by 50%, from 14 to 7 days, whereas the mean duration to cellular death reduced more dramatically from 2.7 days to 6.5 hours. CONCLUSION: The proposed stochastic modeling approach can be used to discriminate between different biological hypotheses regarding the effect of a compound on the transition rates. The effects of different compounds on the transition rate estimates can be quantitatively compared. Data can be extrapolated at late measurement time points to investigate whether costs and time-consuming long-term experiments could possibly be eliminated.

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.

Evaluation of the 3D symmetry of the knees when walking using na ambulatory inertia system: results 14 months after ACL Plasty.

Purpose of the study: Reconstruction of the anterior cruciate ligament (ACL) controls laxity but does not enable restoration of strictly normal 3D kinematics. The purpose of this study was to compare the kinematics of the pathological knee with that of the healthy knee after ACL plasty. This study applied a new ambulatory system using miniature captors. Material and method: Five patients with an isolated injury of the ACL participated in this study. The patients were assessed after injury (T1), at five months (T2), and at 14 months (T3) after surgery. The assessment included laxity (KT-1000), the IKDC score and the Lysholm score. The 3D angles of the knees were measured when walking 30 m on flat ground using a system composed of to small inertia units (3D accelerometer and 3D gyroscope) and a portable recorder. Functional settings were optimised and validating to ensure easy precise measurement of the 3D angles. Symmetry of the two knees was quantified using a symmetry index (SI) (difference in amplitude normalised in relation to mean amplitude) and the correlation coefficient CC. Results: Clinical indicators improved during the follow-up (IKDC T1: 3C, 2C; T2: 5B; T3: 2A, 3B; subjective IKD: 53-95; Lysholm 67-96). Mean laxity improved from 8.6m to 2.5 mm. The gait analysis showed increased symmetry in terms of amplitude for flexion-extension (SI: −17% at T1, −1% at T2, 1% at T3), and an increase in symmetry in terms of the rotation signature (CC: 0.16 at T1, 0.99 at T2, 0.99 at T3). There was no trend to varus-valgus. Discussion: This study demonstrates the clinical application of the new ambulatory system for measuring 3D angles of the knee joint. Joint symmetry increased after ACL plasty but still showed some perturbation at 14 months. The results observed here are in agreement with the literature. Other patients and other types of gait are being analysed. Conclusion: This portable system allows gait analysis outside the laboratory, before and after ACL injury. It is very useful for follow-up after surgery.

Simulation des caractéristiques ECG du syndrome de Brugada à l'aide d'un programme de modélisation 3D

Introduction : Le syndrome de Brugada, décrit en 1992 par Pedro et Josep Brugada, est un syndrome cardiaque caractérisé par un sus-décalage particulier du segment ST associé à un bloc de branche droit atypique au niveau des dérivations ECG V1 à V3. Les altérations ECG du syndrome de Brugada sont classifiées en 3 types dont seul le type 1 est diagnostique. Les mécanismes physiopathologiques exacts de ce syndrome sont pour le moment encore controversés. Plusieurs hypothèses sont proposées dans la littérature dont deux principales retiennent l'attention : 1) le modèle du trouble de repolarisation stipule des potentiels d'action réduits en durée et en amplitude liés à un changement de répartition de canaux potassiques 2) le modèle du trouble de dépolarisation spécifie un retard de conduction se traduisant par une dépolarisation retardée. Dans le STEMI, un sus-décalage ST ressemblant à celui du syndrome de Brugada est expliqué par deux théories : 1) le courant de lésion diastolique suggère une élévation du potentiel diastolique transformé artificiellement en sus-décalage ST par les filtres utilisés dans tous les appareils ECG.¦Objectif : Recréer les manifestations ECG du syndrome de Brugada en appliquant les modifications du potentiel d'action des cardiomyocytes rapportées dans la littérature.¦Méthode : Pour ce travail, nous avons utilisé "ECGsim", un simulateur informatique réaliste d'ECG disponible gratuitement sur www.ecgsim.org. Ce programme est basé sur une reconstruction de l'ECG de surface à l'aide de 1500 noeuds représentant chacun les potentiels d'action des ventricules droit et gauche, épicardiques et endocardiques. L'ECG simulé peut être donc vu comme l'intégration de l'ensemble de ces potentiels d'action en tenant compte des propriétés de conductivité des tissus s'interposant entre les électrodes de surface et le coeur. Dans ce programme, nous avons définit trois zones, de taille différente, comprenant la chambre de chasse du ventricule droit. Pour chaque zone, nous avons reproduit les modifications des potentiels d'action citées dans les modèles du trouble de repolarisation et de dépolarisation et des théories de courant de lésion systolique et diastolique. Nous avons utilisé, en plus des douze dérivations habituelles, une électrode positionnée en V2IC3 (i.e. 3ème espace intercostal) sur le thorax virtuel du programme ECGsim.¦Résultats : Pour des raisons techniques, le modèle du trouble de repolarisation n'a pas pu être entièrement réalisée dans ce travail. Le modèle du trouble de dépolarisation ne reproduit pas d'altération de type Brugada mais un bloc de branche droit plus ou moins complet. Le courant de lésion diastolique permet d'obtenir un sus-décalage ST en augmentant le potentiel diastolique épicardique des cardiomyocytes de la chambre de chasse du ventricule droit. Une inversion de l'onde T apparaît lorsque la durée du potentiel d'action est prolongée. L'amplitude du sus-décalage ST dépend de la valeur du potentiel diastolique, de la taille de la lésion et de sa localisation épicardique ou transmurale. Le courant de lésion systolique n'entraîne pas de sus-décalage ST mais accentue l'amplitude de l'onde T.¦Discussion et conclusion : Dans ce travail, l'élévation du potentiel diastolique avec un prolongement de la durée du potentiel d'action est la combinaison qui reproduit le mieux les altérations ECG du Brugada. Une persistance de cellules de type nodal au niveau de la chambre de chasse du ventricule droit pourrait être une explication à ces modifications particulières du potentiel d'action. Le risque d'arythmie dans la Brugada pourrait également être expliqué par une automaticité anormale des cellules de type nodal. Ainsi, des altérations des mécanismes cellulaires impliqués dans le maintien du potentiel diastolique pourraient être présentes dans le syndrome de Brugada, ce qui, à notre connaissance, n'a jamais été rapporté dans la littérature.