Étude de dispositifs électroniques moléculaires à l'aide de modèles simples

Cette thèse en électronique moléculaire porte essentiellement sur le développement d’une méthode pour le calcul de la transmission de dispositifs électroniques moléculaires (DEMs), c’est-à-dire des molécules branchées à des contacts qui forment un dispositif électronique de taille moléculaire. D’une part, la méthode développée vise à apporter un point de vue différent de celui provenant des méthodes déjà existantes pour ce type de calculs. D’autre part, elle permet d’intégrer de manière rigoureuse des outils théoriques déjà développés dans le but d’augmenter la qualité des calculs. Les exemples simples présentés dans ce travail permettent de mettre en lumière certains phénomènes, tel que l’interférence destructive dans les dispositifs électroniques moléculaires. Les chapitres proviennent d’articles publiés dans la littérature. Au chapitre 2, nous étudions à l’aide d’un modèle fini avec la méthode de la théorie de la fonctionnelle de la densité de Kohn-Sham un point quantique moléculaire. De plus, nous calculons la conductance du point quantique moléculaire avec une implémentation de la formule de Landauer. Nous trouvons que la structure électronique et la conductance moléculaire dépendent fortement de la fonctionnelle d’échange et de corrélation employée. Au chapitre 3, nous discutons de l’effet de l’ajout d’une chaîne ramifiée à des molécules conductrices sur la probabilité de transmission de dispositifs électroniques moléculaires. Nous trouvons que des interférences destructives apparaissent aux valeurs propres de l’énergie des chaînes ramifiées isolées, si ces valeurs ne correspondent pas à des états localisés éloignés du conducteur moléculaire. Au chapitre 4, nous montrons que les dispositifs électroniques moléculaires contenant une molécule aromatique présentent généralement des courants circulaires qui sont associés aux phénomènes d’interférence destructive dans ces systèmes. Au chapitre 5, nous employons l’approche « source-sink potential » (SSP) pour étudier la transmission de dispositifs électroniques moléculaires. Au lieu de considérer les potentiels de sources et de drains exactement, nous utilisons la théorie des perturbations pour trouver une expression de la probabilité de transmission, T(E) = 1 − |r(E)|2, où r(E) est le coefficient de réflexion qui dépend de l’énergie. Cette expression dépend des propriétés de la molécule isolée, en effet nous montrons que c’est la densité orbitalaire sur les atomes de la molécule qui sont connectés aux contacts qui détermine principalement la transmission du dispositif à une énergie de l’électron incident donnée. Au chapitre 6, nous présentons une extension de l’approche SSP à un canal pour des dispositifs électroniques moléculaires à plusieurs canaux. La méthode à multiples canaux proposée repose sur une description des canaux propres des états conducteurs du dispositif électronique moléculaire (DEM) qui sont obtenus par un algorithme auto-cohérent. Finalement, nous utilisons le modèle développé afin d’étudier la transmission du 1-phényl-1,3-butadiène branché à deux rangées d’atomes couplées agissant comme contacts à gauche et à la droite.

Utilisation des potentiels évoqués visuels stationnaires pour mieux évaluer la neurotoxicité visuelle chez les enfants exposés au vigabatrin

Le traitement de l’épilepsie chez le jeune enfant représente un enjeu majeur pour le développement de ce dernier. Chez la grande majorité des enfants atteints de spasmes infantiles et chez plusieurs atteints de crises partielles complexes réfractaires, le vigabatrin (VGB) représente un traitement incontournable. Cette médication, ayant démontré un haut taux d’efficacité chez cette population, semble toutefois mener à une atteinte du champ visuel périphérique souvent asymptomatique. L’évaluation clinique des champs visuels avec la périmétrie chez les patients de moins de neuf ans d’âge développemental est toutefois très difficile, voire impossible. Les études électrophysiologiques classiques menées auprès de la population épileptique pédiatrique suggèrent l’atteinte des structures liées aux cônes de la rétine. Les protocoles standards ne sont toutefois pas spécifiques aux champs visuels et les déficits soulignés ne concordent pas avec l’atteinte périphérique observée. Cette thèse vise donc à élaborer une tâche adaptée à l’évaluation des champs visuels chez les enfants en utilisant un protocole objectif, rapide et spécifique aux champs visuels à partir des potentiels évoqués visuels (PEVs) et à évaluer, à l’aide de cette méthode, les effets neurotoxiques à long terme du VGB chez des enfants épileptiques exposés en bas âge. La validation de la méthode est présentée dans le premier article. La stimulation est constituée de deux cercles concentriques faits de damiers à renversement de phase alternant à différentes fréquences temporelles. La passation de la tâche chez l’adulte permet de constater qu’une seule électrode corticale (Oz) est nécessaire à l’enregistrement simultané des réponses du champ visuel central et périphérique et qu’il est possible de recueillir les réponses électrophysiologiques très rapidement grâces l’utilisation de l’état-stationnaire (steady-state). La comparaison des données d’enfants et d’adultes normaux permet de constater que les réponses recueillies au sein des deux régions visuelles ne dépendent ni de l’âge ni du sexe. Les réponses centrales sont aussi corrélées à l’acuité visuelle. De plus, la validité de cette méthode est corroborée auprès d’adolescents ayant reçu un diagnostic clinique d’un déficit visuel central ou périphérique. En somme, la méthode validée permet d’évaluer adéquatement les champs visuels corticaux central et périphérique simultanément et rapidement, tant chez les adultes que chez les enfants. Le second article de cette thèse porte sur l’évaluation des champs visuels, grâce à la méthode préalablement validée, d’enfants épileptiques exposés au VGB en jeune âge en comparaison avec des enfants épileptiques exposés à d’autres antiépileptiques et à des enfants neurologiquement sains. La méthode a été bonifiée grâce à la variation du contraste et à l’enregistrement simultané de la réponse rétinienne. On trouve que la réponse corticale centrale est diminuée à haut et à moyen contrastes chez les enfants exposés au VGB et à haut contraste chez les enfants exposés à d’autres antiépileptiques. Le gain de contraste est altéré au sein des deux groupes d’enfants épileptiques. Par contre, l’absence de différences entre les deux groupes neurologiquement atteints ne permet pas de faire la distinction entre l’effet de la médication et celui de la maladie. De plus, la réponse rétinienne périphérique est atteinte chez les enfants épileptiques exposés au Sabril® en comparaison avec les enfants neurologiquement sains. La réponse rétinienne périphérique semble liée à la durée d’exposition à la médication. Ces résultats corroborent ceux rapportés dans la littérature. En somme, les résultats de cette thèse offrent une méthode complémentaire, rapide, fiable, objective à celles connues pour l’évaluation des champs visuels chez les enfants. Ils apportent aussi un éclairage nouveau sur les impacts à long terme possibles chez les enfants exposés au VGB dans la petite enfance.

Création sonore et cinéma contemporain : la pensée et la pratique du mixage

Notre thèse décrit et analyse les conditions esthétiques, matérielles et idéelles qui rendent possibles les agencements sonores du cinéma contemporain. Au cours des 30 dernières années, le raffinement des outils de manipulation du son, l’importance grandissante du concepteur sonore et le nouvel espace de cohabitation des sons (favorisé par le Dolby et la diffusion multicanal) sont des facteurs qui ont transformé la création et l’écoute du son au cinéma. Ces transformations révèlent un nouveau paradigme : le mixage s’est graduellement imposé comme le geste perceptif et créateur qui rend compte de la sensibilité contemporaine. Notre thèse explore les effets de la pensée du mixage (qui procède par résonance, simultanéité, dosage et modulation) sur notre écoute et notre compréhension de l'expérience cinématographique. À l'aide de paroles de concepteurs sonores (Murch, Beaugrand, Thom, Allard…), de textes théoriques sur le son filmique (Cardinal, Chion, Campan), de documentaires sur des musiciens improvisateurs (Lussier, Glennie, Frith), de films de fiction à la dimension sonore affirmée (Denis, Van Sant), de textes philosophiques sur la perception (Leibniz, James, Straus, Szendy…), d'analyses du dispositif sonore cinématographique, notre thèse rend audibles des tensions, des récurrences, de nouveaux agencements, des problèmes actuels et inactuels qui forgent et orientent l'écoute du théoricien, du créateur et de l'auditeur. En interrogeant la dimension sonore de la perception, de l’action, de l’espace et de la pensée, cette thèse a pour objectif de modifier la façon dont on écoute, crée et pense le son au cinéma.

Analysis of intrinsic cardiac neuron activity in relation to neurogenic atrial fibrillation and vagal stimulation

La fibrillation auriculaire est le trouble du rythme le plus fréquent chez l'homme. Elle conduit souvent à de graves complications telles que l'insuffisance cardiaque et les accidents vasculaires cérébraux. Un mécanisme neurogène de la fibrillation auriculaire mis en évidence. L'induction de tachyarythmie par stimulation du nerf médiastinal a été proposée comme modèle pour étudier la fibrillation auriculaire neurogène. Dans cette thèse, nous avons étudié l'activité des neurones cardiaques intrinsèques et leurs interactions à l'intérieur des plexus ganglionnaires de l'oreillette droite dans un modèle canin de la fibrillation auriculaire neurogène. Ces activités ont été enregistrées par un réseau multicanal de microélectrodes empalé dans le plexus ganglionnaire de l'oreillette droite. L'enregistrement de l'activité neuronale a été effectué continument sur une période de près de 4 heures comprenant différentes interventions vasculaires (occlusion de l'aorte, de la veine cave inférieure, puis de l'artère coronaire descendante antérieure gauche), des stimuli mécaniques (toucher de l'oreillette ou du ventricule) et électriques (stimulation du nerf vague ou des ganglions stellaires) ainsi que des épisodes induits de fibrillation auriculaire. L'identification et la classification neuronale ont été effectuées en utilisant l'analyse en composantes principales et le partitionnement de données (cluster analysis) dans le logiciel Spike2. Une nouvelle méthode basée sur l'analyse en composante principale est proposée pour annuler l'activité auriculaire superposée sur le signal neuronal et ainsi augmenter la précision de l'identification de la réponse neuronale et de la classification. En se basant sur la réponse neuronale, nous avons défini des sous-types de neurones (afférent, efférent et les neurones des circuits locaux). Leur activité liée à différents facteurs de stress nous ont permis de fournir une description plus détaillée du système nerveux cardiaque intrinsèque. La majorité des neurones enregistrés ont réagi à des épisodes de fibrillation auriculaire en devenant plus actifs. Cette hyperactivité des neurones cardiaques intrinsèques suggère que le contrôle de cette activité pourrait aider à prévenir la fibrillation auriculaire neurogène. Puisque la stimulation à basse intensité du nerf vague affaiblit l'activité neuronale cardiaque intrinsèque (en particulier pour les neurones afférents et convergents des circuits locaux), nous avons examiné si cette intervention pouvait être appliquée comme thérapie pour la fibrillation auriculaire. Nos résultats montrent que la stimulation du nerf vague droit a été en mesure d'atténuer la fibrillation auriculaire dans 12 des 16 cas malgré un effet pro-arythmique défavorable dans 1 des 16 cas. L'action protective a diminué au fil du temps et est devenue inefficace après ~ 40 minutes après 3 minutes de stimulation du nerf vague.

Ethernet Telemetry for Towed Arrays

The towed array electronics is essentially a multichannel real time data acquisition system. The major challenges involved in it are the simultaneous acquisition of data from multiple channels, telemetry of the data over tow cable (several kilometres in some systems) and synchronization with the onboard receiver for accurate reconstruction. A serial protocol is best suited to transmit the data to onboard electronics since number of wires inside the tow cable is limited. The best transmission medium for data over large distances is the optical fibre. In this a two step approach towards the realization of a reliable telemetry scheme for the sensor data using standard protocols is described. The two schemes are discussed in this paper. The first scheme is for conversion of parallel, time-multiplexed multi-sensor data to Ethernet. Existing towed arrays can be upgraded to ethernet using this scheme. Here the last lap of the transmission is by Ethernet over Fibre. For the next generation of towed arrays it is required to digitize and convert the data to ethernet close to the sensor. This is the second scheme. At the heart of this design is the Analog-to-Ethernet node. In addition to a more reliable interface, this helps in easier fault detection and firmware updates in the field for the towed arrays. The design challenges and considerations for incorporating a network of embedded devices within the array are highlighted

Efectividad del uso de los conceptos y estrategias comunitarias en empresas del sector de servicios sociales y de salud.

Este estudio analiza la existencia de conceptos y estrategias comunitarias en relación de cómo una empresa en el sector de servicios sociales y salud entienden las estrategias de mercadeo y la influencia en el desempeño que pueden tener en su relación con el entorno. Para esto, se utilizo un enfoque de estudio de caso seleccionando un caso representativo con una empresa dentro del sector. Se definieron proposiciones y protocolos. Varias fuentes de evidencia fueron utilizadas como documentos, reportes de desempeño financiero y otra información de diferentes sectores relacionados; los mismos fueron analizados en el marco de la evidencia lógica. Se concluye que la empresa en el sector de servicios sociales y salud no utilizan conceptos ni estrategias comunitarias y que se podrían beneficiar del uso apropiado de estrategias comunitarias en su relación con la comunidad.

Automatic artefact removal from event-related potentials via clustering

This paper outlines a method for automatic artefact removal from multichannel recordings of event-related potentials (ERPs). The proposed method is based on, firstly, separation of the ERP recordings into independent components using the method of temporal decorrelation source separation (TDSEP). Secondly, the novel lagged auto-mutual information clustering (LAMIC) algorithm is used to cluster the estimated components, together with ocular reference signals, into clusters corresponding to cerebral and non-cerebral activity. Thirdly, the components in the cluster which contains the ocular reference signals are discarded. The remaining components are then recombined to reconstruct the clean ERPs.

Bayesian retrieval of complete posterior PDFs of oceanic rain rate from microwave observations

A new Bayesian algorithm for retrieving surface rain rate from Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) Microwave Imager (TMI) over the ocean is presented, along with validations against estimates from the TRMM Precipitation Radar (PR). The Bayesian approach offers a rigorous basis for optimally combining multichannel observations with prior knowledge. While other rain-rate algorithms have been published that are based at least partly on Bayesian reasoning, this is believed to be the first self-contained algorithm that fully exploits Bayes’s theorem to yield not just a single rain rate, but rather a continuous posterior probability distribution of rain rate. To advance the understanding of theoretical benefits of the Bayesian approach, sensitivity analyses have been conducted based on two synthetic datasets for which the “true” conditional and prior distribution are known. Results demonstrate that even when the prior and conditional likelihoods are specified perfectly, biased retrievals may occur at high rain rates. This bias is not the result of a defect of the Bayesian formalism, but rather represents the expected outcome when the physical constraint imposed by the radiometric observations is weak owing to saturation effects. It is also suggested that both the choice of the estimators and the prior information are crucial to the retrieval. In addition, the performance of the Bayesian algorithm herein is found to be comparable to that of other benchmark algorithms in real-world applications, while having the additional advantage of providing a complete continuous posterior probability distribution of surface rain rate.

Early and late stimulus-evoked cortical hemodynamic responses provide insight into the neurogenic nature of neurovascular coupling

Understanding neurovascular coupling is a prerequisite for the interpretation of results obtained from modern neuroimaging techniques. This study investigated the hemodynamic and neural responses in rat somatosensory cortex elicited by 16 seconds electrical whisker stimuli. Hemodynamics were measured by optical imaging spectroscopy and neural activity by multichannel electrophysiology. Previous studies have suggested that the whisker-evoked hemodynamic response contains two mechanisms, a transient ‘backwards’ dilation of the middle cerebral artery, followed by an increase in blood volume localized to the site of neural activity. To distinguish between the mechanisms responsible for these aspects of the response, we presented whisker stimuli during normocapnia (‘control’), and during a high level of hypercapnia. Hypercapnia was used to ‘predilate’ arteries and thus possibly ‘inhibit’ aspects of the response related to the ‘early’ mechanism. Indeed, hemodynamic data suggested that the transient stimulus-evoked response was absent under hypercapnia. However, evoked neural responses were also altered during hypercapnia and convolution of the neural responses from both the normocapnic and hypercapnic conditions with a canonical impulse response function, suggested that neurovascular coupling was similar in both conditions. Although data did not clearly dissociate early and late vascular responses, they suggest that the neurovascular coupling relationship is neurogenic in origin.

Negative blood oxygen level dependence in the rat: a model for investigating the role of suppression in neurovascular coupling

Modern neuroimaging techniques rely on neurovascular coupling to show regions of increased brain activation. However, little is known of the neurovascular coupling relationships that exist for inhibitory signals. To address this issue directly we developed a preparation to investigate the signal sources of one of these proposed inhibitory neurovascular signals, the negative blood oxygen level-dependent (BOLD) response (NBR), in rat somatosensory cortex. We found a reliable NBR measured in rat somatosensory cortex in response to unilateral electrical whisker stimulation, which was located in deeper cortical layers relative to the positive BOLD response. Separate optical measurements (two-dimensional optical imaging spectroscopy and laser Doppler flowmetry) revealed that the NBR was a result of decreased blood volume and flow and increased levels of deoxyhemoglobin. Neural activity in the NBR region, measured by multichannel electrodes, varied considerably as a function of cortical depth. There was a decrease in neuronal activity in deep cortical laminae. After cessation of whisker stimulation there was a large increase in neural activity above baseline. Both the decrease in neuronal activity and increase above baseline after stimulation cessation correlated well with the simultaneous measurement of blood flow suggesting that the NBR is related to decreases in neural activity in deep cortical layers. Interestingly, the magnitude of the neural decrease was largest in regions showing stimulus-evoked positive BOLD responses. Since a similar type of neural suppression in surround regions was associated with a negative BOLD signal, the increased levels of suppression in positive BOLD regions could importantly moderate the size of the observed BOLD response.

A dynamic model of neurovascular coupling: Implications for blood vessel dilation and constriction

Neurovascular coupling in response to stimulation of the rat barrel cortex was investigated using concurrent multichannel electrophysiology and laser Doppler flowmetry. The data were used to build a linear dynamic model relating neural activity to blood flow. Local field potential time series were subject to current source density analysis, and the time series of a layer IV sink of the barrel cortex was used as the input to the model. The model output was the time series of the changes in regional cerebral blood flow (CBF). We show that this model can provide excellent fit of the CBF responses for stimulus durations of up to 16 s. The structure of the model consisted of two coupled components representing vascular dilation and constriction. The complex temporal characteristics of the CBF time series were reproduced by the relatively simple balance of these two components. We show that the impulse response obtained under the 16-s duration stimulation condition generalised to provide a good prediction to the data from the shorter duration stimulation conditions. Furthermore, by optimising three out of the total of nine model parameters, the variability in the data can be well accounted for over a wide range of stimulus conditions. By establishing linearity, classic system analysis methods can be used to generate and explore a range of equivalent model structures (e.g., feed-forward or feedback) to guide the experimental investigation of the control of vascular dilation and constriction following stimulation.

Cloud optical and microphysical properties derived from ground-based and satellite sensors over a site in the Yangtze Delta region

Comprehensive surface-based retrievals of cloud optical and microphysical properties were made at Taihu, a highly polluted site in the central Yangtze Delta region, during a research campaign from May 2008 to December 2009. Cloud optical depth (COD), effective radius (Re), and liquid water path (LWP) were retrieved from measurements made with a suite of ground-based and spaceborne instruments, including an Analytical Spectral Devices spectroradiometer, a multi␣lter rotating shadowband radiometer, a multichannel microwave radiometer profiler, and the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) on Terra and Aqua satellites. Retrievals from zenith radiance measurements capture better the temporal variation of cloud properties than do retrievals from hemispherical fluxes. Annual mean LWP, COD, and Re are 115.8 ± 90.8 g/m2, 28.5 ± 19.2, and 6.9 ± 4.2 microns. Over 90% of LWP values are less than 250 g/m2. Most of the COD values (>90%) fall between 5 and 60, and ~80% of Re values are less than 10 microns. Maximum (minimum) values of LWP and Re occur in summer (winter); COD is highest in winter and spring. Raining and nonraining clouds have signi␣cant differences in LWP, COD, and Re. Rainfall frequency is best correlated with LWP, followed by COD and Re. Cloud properties retrieved from multiple ground-based instruments are also compared with those from satellite retrievals. On average, relative to surface retrievals, mean differences of satellite retrievals in cloud LWP, COD, and Re were -33.6 g/m2 (-26.4%), -5.8 (-31.4%), and 2.9 ␣m (29.3%) for 11 MODIS-Terra overpasses and -43.3 g/m2 (-22.3%), -3.0 (-10.0%), and -1.3 ␣m (-12.0%) for 8 MODIS-Aqua overpasses, respectively. These discrepancies indicate that MODIS cloud products still suffer from large uncertainties in this region.

Concurrent recordings of bladder afferents from multiple nerves using a microfabricated PDMS microchannel electrode array

In this paper we present a compliant neural interface designed to record bladder afferent activity. We developed the implant's microfabrication process using multiple layers of silicone rubber and thin metal so that a gold microelectrode array is embedded within four parallel polydimethylsiloxane (PDMS) microchannels (5 mm long, 100 μm wide, 100 μm deep). Electrode impedance at 1 kHz was optimized using a reactive ion etching (RIE) step, which increased the porosity of the electrode surface. The electrodes did not deteriorate after a 3 month immersion in phosphate buffered saline (PBS) at 37 °C. Due to the unique microscopic topography of the metal film on PDMS, the electrodes are extremely compliant and can withstand handling during implantation (twisting and bending) without electrical failure. The device was transplanted acutely to anaesthetized rats, and strands of the dorsal branch of roots L6 and S1 were surgically teased and inserted in three microchannels under saline immersion to allow for simultaneous in vivo recordings in an acute setting. We utilized a tripole electrode configuration to maintain background noise low and improve the signal to noise ratio. The device could distinguish two types of afferent nerve activity related to increasing bladder filling and contraction. To our knowledge, this is the first report of multichannel recordings of bladder afferent activity.

An experimental and theoretical investigation into positron and electron scattering from formaldehyde

We report on measurements of total cross sections (TCSs) for positron scattering from the fundamental organic molecule formaldehyde (CH(2)O). The energy range of these measurements was 0.26-50.3 eV, whereas the energy resolution was similar to 260 meV. To assist us in interpreting these data, Schwinger multichannel level calculations for positron elastic scattering from CH(2)O were also undertaken (0.5-50 eV). These calculations, incorporating an accurate model for the target polarization, are found to be in good qualitative agreement with our measured data. In addition, in order to compare the behaviour of positron and electron scattering from this species, independent atom model-screened additivity rule theoretical electron TCSs, now for energies in the range 1-10 000 eV, are also reported.

Near threshold vibrational excitation of molecules by positron impact: A projection operator approach

We report vibrational excitation (v(i) = 0 -> v(f) = 1) cross-sections for positron scattering by H(2) and model calculations for the (v(i) = 0 -> v(f) = 1) excitation of the C-C symmetric stretch mode of C(2)H(2). The Feshbach projection operator formalism was employed to vibrationally resolve the fixed-nuclei phase shifts obtained with the Schwinger multichannel method. The near threshold behavior of H(2) and C(2)H(2) significantly differ in the sense that no low lying singularity (either virtual or bound state) was found for the former, while a e(+)-acetylene virtual state was found at the equilibrium geometry (this virtual state becomes a bound state upon stretching the molecule). For C(2)H(2), we also performed model calculations comparing excitation cross-sections arising from virtual (-i kappa(0)) and bound (+i kappa(0)) states symmetrically located around the origin of the complex momentum plane (i.e. having the same kappa(0)). The virtual state is seen to significantly couple to vibrations, and similar cross-sections were obtained for shallow bound and virtual states. (c) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.