Optimal latent period in a bacteriophage population model structured by infection-age

We study the lysis timing of a bacteriophage population by means of a continuously infection-age-structured population dynamics model. The features of the model are the infection process of bacteria, the death process, and the lysis process which means the replication of bacteriophage viruses inside bacteria and the destruction of them. The time till lysis (or latent period) is assumed to have an arbitrary distribution. We have carried out an optimization procedure, and we have found that the latent period corresponding to maximal fitness (i.e. maximal growth rate of the bacteriophage population) is of fixed length. We also study the dependence of the optimal latent period on the amount of susceptible bacteria and the number of virions released by a single infection. Finally, the evolutionarily stable strategy of the latent period is also determined as a fixed period taking into account that super-infections are not considered

Mathematical modeling of level of anaesthesia from EEG measurements

Problem of modeling of anaesthesia depth level is studied in this Master Thesis. It applies analysis of EEG signals with nonlinear dynamics theory and further classification of obtained values. The main stages of this study are the following: data preprocessing; calculation of optimal embedding parameters for phase space reconstruction; obtaining reconstructed phase portraits of each EEG signal; formation of the feature set to characterise obtained phase portraits; classification of four different anaesthesia levels basing on previously estimated features. Classification was performed with: Linear and quadratic Discriminant Analysis, k Nearest Neighbours method and online clustering. In addition, this work provides overview of existing approaches to anaesthesia depth monitoring, description of basic concepts of nonlinear dynamics theory used in this Master Thesis and comparative analysis of several different classification methods.

Extreme Observables and Optimal Measurements in Quantum Theory

Optimization of quantum measurement processes has a pivotal role in carrying out better, more accurate or less disrupting, measurements and experiments on a quantum system. Especially, convex optimization, i.e., identifying the extreme points of the convex sets and subsets of quantum measuring devices plays an important part in quantum optimization since the typical figures of merit for measuring processes are affine functionals. In this thesis, we discuss results determining the extreme quantum devices and their relevance, e.g., in quantum-compatibility-related questions. Especially, we see that a compatible device pair where one device is extreme can be joined into a single apparatus essentially in a unique way. Moreover, we show that the question whether a pair of quantum observables can be measured jointly can often be formulated in a weaker form when some of the observables involved are extreme. Another major line of research treated in this thesis deals with convex analysis of special restricted quantum device sets, covariance structures or, in particular, generalized imprimitivity systems. Some results on the structure ofcovariant observables and instruments are listed as well as results identifying the extreme points of covariance structures in quantum theory. As a special case study, not published anywhere before, we study the structure of Euclidean-covariant localization observables for spin-0-particles. We also discuss the general form of Weyl-covariant phase-space instruments. Finally, certain optimality measures originating from convex geometry are introduced for quantum devices, namely, boundariness measuring how ‘close’ to the algebraic boundary of the device set a quantum apparatus is and the robustness of incompatibility quantifying the level of incompatibility for a quantum device pair by measuring the highest amount of noise the pair tolerates without becoming compatible. Boundariness is further associated to minimum-error discrimination of quantum devices, and robustness of incompatibility is shown to behave monotonically under certain compatibility-non-decreasing operations. Moreover, the value of robustness of incompatibility is given for a few special device pairs.

Implementing the OPTIMAL model : the impact on students' motivation in an elementary school games environment

Optimal challenge occurs when an individual perceives the challenge of the task to be equaled or matched by his or her own skill level (Csikszentmihalyi, 1990). The purpose of this study was to test the impact of the OPTIMAL model on physical education students' motivation and perceptions of optimal challenge across four games categories (i. e. target, batting/fielding, net/wall, invasion). Enjoyment, competence, student goal orientation and activity level were examined in relation to the OPTIMAL model. A total of 22 (17 M; 5 F) students and their parents provided informed consent to take part in the study and were taught four OPTIMAL lessons and four non-OPTIMAL lessons ranging across the four different games categories by their own teacher. All students completed the Task and Ego in Sport Questionnaire (TEOSQ; Duda & Whitehead, 1998), the Intrinsic Motivation Inventory (IMI; McAuley, Duncan, & Tanmien, 1987) and the Children's Perception of Optimal Challenge Instrument (CPOCI; Mandigo, 2001). Sixteen students (two each lesson) were observed by using the System for Observing Fitness Instruction Time tool (SOFTT; McKenzie, 2002). As well, they participated in a structured interview which took place after each lesson was completed. Quantitative results concluded that no overall significant difference was found in motivational outcomes when comparing OPTIMAL and non-OPTIMAL lessons. However, when the lessons were broken down into games categories, significant differences emerged. Levels of perceived competence were found to be higher in non-OPTIMAL batting/fielding lessons compared to OPTIMAL lessons, whereas levels of enjoyment and perceived competence were found to be higher in OPTIMAL invasion lessons in comparison to non-OPTIMAL invasion lessons. Qualitative results revealed significance in feehngs of skill/challenge balance, enjoyment and competence in the OPTIMAL lessons. Moreover, a significance of practically twice the active movement time percentage was found in OPTIMAL lessons in comparison to non-OPTIMAL lessons.

Timing of di-ammonium phosphate addition to fermenting chardonnay must : effect on nitrogen utilization, ethyl-carbamate formation, and CAR1 expression by yeast /

The maximum amount of ethyl carbamate (EC), a known animal carcinogen produced by the reaction of urea and ethanol, allowed in alcoholic beverages is regulated by legislation in many countries. Wine yeast produce urea by the metabolism of arginine, the predominant assimilable amino acid in must. This action is due to arginase (encoded by CARl). Regulation of CARl, and other genes in this pathway, is often attributed to a well-documented phenomenon known as nitrogen catabolite repression. The effect of the timing of di-ammonium phosphate (DAP) additions on the nitrogen utilization, regulation of CARl, and EC production was investigated. A correlation was found between the timing of DAP addition and the utilization of nitrogen. When DAP was added earlier in the fermentations, less amino nitrogen and more ammonia nitrogen was sequestered from the media by the cells. It was also seen that early DAP addition led to more total nitrogen being used, with a maximal difference of ~25% between fermentations where no DAP was added versus addition at the start of the fermentation. The effect of the timing ofDAP addition on the expression of CARJ during fermentation was analyzed via northern transfer and the relative levels of CARl expression were determined. The trends in expression can be correlated to the nitrogen data and be used to partially explain differences in EC formation between the treatments. EC was quantified at the end of fermentation by GC/MS. In Montrachet yeast, a significant positive correlation was found between the timing of DAP addition, from early to late, and the final EC concentration m the wine (r = 0.9226). In one of the fermentations, EC levels of 30.5 ppb was foimd when DAP was added at the onset of fermentation. A twofold increase (69.5 ppb) was observed when DAP was added after 75% of the sugars were metabolized. When no DAP was added, the ethyl carbamate levels are comparable at a value of 38 ppb. In contrast, the timing of DAP additions do not affect the level EC produced by the yeast ECU 18 in this manner. The study of additional yeast strains shows that the effect of DAP addition to fermentations is strain dependent. Our results reveal the potential importance of the timing of DAP addition to grape must with respect to EC production, and the regulatory effect of DAP additions on the expression of genes in the pathway for arginine metabolism in certain wine yeast strains.

Electrophysiological investigations of the timing of face processing

As important social stimuli, faces playa critical role in our lives. Much of our interaction with other people depends on our ability to recognize faces accurately. It has been proposed that face processing consists of different stages and interacts with other systems (Bruce & Young, 1986). At a perceptual level, the initial two stages, namely structural encoding and face recognition, are particularly relevant and are the focus of this dissertation. Event-related potentials (ERPs) are averaged EEG signals time-locked to a particular event (such as the presentation of a face). With their excellent temporal resolution, ERPs can provide important timing information about neural processes. Previous research has identified several ERP components that are especially related to face processing, including the N 170, the P2 and the N250. Their nature with respect to the stages of face processing is still unclear, and is examined in Studies 1 and 2. In Study 1, participants made gender decisions on a large set of female faces interspersed with a few male faces. The ERP responses to facial characteristics of the female faces indicated that the N 170 amplitude from each side of the head was affected by information from eye region and by facial layout: the right N 170 was affected by eye color and by face width, while the left N 170 was affected by eye size and by the relation between the sizes of the top and bottom parts of a face. In contrast, the P100 and the N250 components were largely unaffected by facial characteristics. These results thus provided direct evidence for the link between the N 170 and structural encoding of faces. In Study 2, focusing on the face recognition stage, we manipulated face identity strength by morphing individual faces to an "average" face. Participants performed a face identification task. The effect of face identity strength was found on the late P2 and the N250 components: as identity strength decreased from an individual face to the "average" face, the late P2 increased and the N250 decreased. In contrast, the P100, the N170 and the early P2 components were not affected by face identity strength. These results suggest that face recognition occurs after 200 ms, but not earlier. Finally, because faces are often associated with social information, we investigated in Study 3 how group membership might affect ERP responses to faces. After participants learned in- and out-group memberships of the face stimuli based on arbitrarily assigned nationality and university affiliation, we found that the N170 latency differentiated in-group and out-group faces, taking longer to process the latter. In comparison, without group memberships, there was no difference in N170 latency among the faces. This dissertation provides evidence that at a neural level, structural encoding of faces, indexed by the N170, occurs within 200 ms. Face recognition, indexed by the late P2 and the N250, occurs shortly afterwards between 200 and 300 ms. Social cognitive factors can also influence face processing. The effect is already evident as early as 130-200 ms at the structural encoding stage.

Optimal and Robust Designs of Step-stress Accelerated Life Testing Experiments for Proportional Hazards Models

Accelerated life testing (ALT) is widely used to obtain reliability information about a product within a limited time frame. The Cox s proportional hazards (PH) model is often utilized for reliability prediction. My master thesis research focuses on designing accelerated life testing experiments for reliability estimation. We consider multiple step-stress ALT plans with censoring. The optimal stress levels and times of changing the stress levels are investigated. We discuss the optimal designs under three optimality criteria. They are D-, A- and Q-optimal designs. We note that the classical designs are optimal only if the model assumed is correct. Due to the nature of prediction made from ALT experimental data, attained under the stress levels higher than the normal condition, extrapolation is encountered. In such case, the assumed model cannot be tested. Therefore, for possible imprecision in the assumed PH model, the method of construction for robust designs is also explored.

In Search of Advice for Physicians in Entry-Level Medical Markets

We consider entry-level medical markets for physicians in the United Kingdom. These markets experienced failures which led to the adoption of centralized market mechanisms in the 1960's. However, different regions introduced different centralized mechanisms. We advise physicians who do not have detailed information about the rank-order lists submitted by the other participants. We demonstrate that in each of these markets in a low information environment it is not beneficial to reverse the true ranking of any two acceptable hospital positions. We further show that (i) in the Edinburgh 1967 market, ranking unacceptable matches as acceptable is not profitable for any participant and (ii) in any other British entry-level medical market, it is possible that only strategies which rank unacceptable positions as acceptable are optimal for a physician.

Les R-loops et leurs conséquences sur l'expression génique chez Escherichia coli.

Des variations importantes du surenroulement de l’ADN peuvent être générées durant la phase d’élongation de la transcription selon le modèle du « twin supercoiled domain ». Selon ce modèle, le déplacement du complexe de transcription génère du surenroulement positif à l’avant, et du surenroulement négatif à l’arrière de l’ARN polymérase. Le rôle essentiel de la topoisomérase I chez Escherichia coli est de prévenir l’accumulation de ce surenroulement négatif générée durant la transcription. En absence de topoisomérase I, l’accumulation de ce surenroulement négatif favorise la formation de R-loops qui ont pour conséquence d’inhiber la croissance bactérienne. Les R-loops sont des hybrides ARN-ADN qui se forment entre l’ARN nouvellement synthétisé et le simple brin d’ADN complémentaire. Dans les cellules déficientes en topoisomérase I, des mutations compensatoires s’accumulent dans les gènes qui codent pour la gyrase, réduisant le niveau de surenroulement négatif du chromosome et favorisant la croissance. Une des ces mutations est une gyrase thermosensible qui s’exprime à 37 °C. La RNase HI, une enzyme qui dégrade la partie ARN d’un R-loop, peut aussi restaurer la croissance en absence de topoisomérase I lorsqu’elle est produite en très grande quantité par rapport à sa concentration physiologique. En présence de topoisomérase I, des R-loops peuvent aussi se former lorsque la RNase HI est inactive. Dans ces souches mutantes, les R-loops induisent la réponse SOS et la réplication constitutive de l’ADN (cSDR). Dans notre étude, nous montrons comment les R-loops formés en absence de topoisomérase I ou RNase HI peuvent affecter négativement la croissance des cellules. Lorsque la topoisomérase I est inactivée, l’accumulation d’hypersurenroulement négatif conduit à la formation de nombreux R-loops, ce qui déclenche la dégradation de l’ARN synthétisé. Issus de la dégradation de l’ARNm de pleine longueur, des ARNm incomplets et traductibles s’accumulent et causent l’inhibition de la synthèse protéique et de la croissance. Le processus par lequel l’ARN est dégradé n’est pas encore complètement élucidé, mais nos résultats soutiennent fortement que la RNase HI présente en concentration physiologique est responsable de ce phénotype. Chose importante, la RNase E qui est l’endoribonuclease majeure de la cellule n’est pas impliquée dans ce processus, et la dégradation de l’ARN survient avant son action. Nous montrons aussi qu’une corrélation parfaite existe entre la concentration de RNase HI, l’accumulation d’hypersurenroulement négatif et l’inhibition de la croissance bactérienne. Lorsque la RNase HI est en excès, l’accumulation de surenroulement négatif est inhibée et la croissance n’est pas affectée. L’inverse se produit Lorsque la RNase HI est en concentration physiologique. En limitant l’accumulation d’hypersurenroulement négatif, la surproduction de la RNase HI prévient alors la dégradation de l’ARN et permet la croissance. Quand la RNase HI est inactivée en présence de topoisomérase I, les R-loops réduisent le niveau d’expression de nombreux gènes, incluant des gènes de résistance aux stress comme rpoH et grpE. Cette inhibition de l’expression génique n’est pas accompagnée de la dégradation de l’ARN contrairement à ce qui se produit en absence de topoisomérase I. Dans le mutant déficient en RNase HI, la diminution de l’expression génique réduit la concentration cellulaire de différentes protéines, ce qui altère négativement le taux de croissance et affecte dramatiquement la survie des cellules exposées aux stress de hautes températures et oxydatifs. Une inactivation de RecA, le facteur essentiel qui déclenche la réponse SOS et le cSDR, ne restaure pas l’expression génique. Ceci démontre que la réponse SOS et le cSDR ne sont pas impliqués dans l’inhibition de l’expression génique en absence de RNase HI. La croissance bactérienne qui est inhibée en absence de topoisomérase I, reprend lorsque l’excès de surenroulement négatif est éliminé. En absence de RNase HI et de topoisomérase I, le surenroulement négatif est très relaxé. Il semble que la réponse cellulaire suite à la formation de R-loops, soit la relaxation du surenroulement négatif. Selon le même principe, des mutations compensatoires dans la gyrase apparaissent en absence de topoisomérase I et réduisent l’accumulation de surenroulement négatif. Ceci supporte fortement l’idée que le surenroulement négatif joue un rôle primordial dans la formation de R-loop. La régulation du surenroulement négatif de l’ADN est donc une tâche essentielle pour la cellule. Elle favorise notamment l’expression génique optimale durant la croissance et l’exposition aux stress, en limitant la formation de R-loops. La topoisomérase I et la RNase HI jouent un rôle important et complémentaire dans ce processus.

Timing verification in transaction modeling

Les systèmes Matériels/Logiciels deviennent indispensables dans tous les aspects de la vie quotidienne. La présence croissante de ces systèmes dans les différents produits et services incite à trouver des méthodes pour les développer efficacement. Mais une conception efficace de ces systèmes est limitée par plusieurs facteurs, certains d'entre eux sont: la complexité croissante des applications, une augmentation de la densité d'intégration, la nature hétérogène des produits et services, la diminution de temps d’accès au marché. Une modélisation transactionnelle (TLM) est considérée comme un paradigme prometteur permettant de gérer la complexité de conception et fournissant des moyens d’exploration et de validation d'alternatives de conception à des niveaux d’abstraction élevés. Cette recherche propose une méthodologie d’expression de temps dans TLM basée sur une analyse de contraintes temporelles. Nous proposons d'utiliser une combinaison de deux paradigmes de développement pour accélérer la conception: le TLM d'une part et une méthodologie d’expression de temps entre différentes transactions d’autre part. Cette synergie nous permet de combiner dans un seul environnement des méthodes de simulation performantes et des méthodes analytiques formelles. Nous avons proposé un nouvel algorithme de vérification temporelle basé sur la procédure de linéarisation des contraintes de type min/max et une technique d'optimisation afin d'améliorer l'efficacité de l'algorithme. Nous avons complété la description mathématique de tous les types de contraintes présentées dans la littérature. Nous avons développé des méthodes d'exploration et raffinement de système de communication qui nous a permis d'utiliser les algorithmes de vérification temporelle à différents niveaux TLM. Comme il existe plusieurs définitions du TLM, dans le cadre de notre recherche, nous avons défini une méthodologie de spécification et simulation pour des systèmes Matériel/Logiciel basée sur le paradigme de TLM. Dans cette méthodologie plusieurs concepts de modélisation peuvent être considérés séparément. Basée sur l'utilisation des technologies modernes de génie logiciel telles que XML, XSLT, XSD, la programmation orientée objet et plusieurs autres fournies par l’environnement .Net, la méthodologie proposée présente une approche qui rend possible une réutilisation des modèles intermédiaires afin de faire face à la contrainte de temps d’accès au marché. Elle fournit une approche générale dans la modélisation du système qui sépare les différents aspects de conception tels que des modèles de calculs utilisés pour décrire le système à des niveaux d’abstraction multiples. En conséquence, dans le modèle du système nous pouvons clairement identifier la fonctionnalité du système sans les détails reliés aux plateformes de développement et ceci mènera à améliorer la "portabilité" du modèle d'application.

Positionnement optimal de l'activité physique pour profiter de l'effet anorexigène

La balance énergétique (dépense énergétique et ingestion calorique) est au centre du contrôle de la masse corporelle. L’activité physique peut par ailleurs réduire l’appétit et l’ingestion calorique, un phénomène qu’on appelle aussi l’effet anorexigène de l’activité physique. Cependant, l’hormone orexigénique, liée à une diminution de l’appétit, diminue pendant l’exercice pour remonter rapidement après l’effort. Le but de ce mémoire était de déterminer si l’ingestion calorique est réduite quand l’exercice précède immédiatement le repas comparativement à une condition où il y a une pause entre l’exercice et le repas. Pour ce faire, douze garçons non obèses (15-20 ans) ont pris part à l’étude. Chaque participant était évalué individuellement pour les deux tâches suivantes, et ce, dans un ordre aléatoire : 1) Ex = 30 minutes d’exercice (70% VO2max) suivi immédiatement par un buffet à volonté à midi; 2) Expause = 30 minutes d’exercice (70% VO2max) suivi d’une pause de 135 minutes et d’un buffet à volonté à midi. Les visites étaient précédées par un déjeuner standard et complétées avec une collation à volonté durant l’après-midi et un souper type buffet à volonté pour souper. Alors que les résultats ont révélé que la faim était similaire en tout temps, l’ingestion calorique au diner était plus basse pour la condition Ex que pour la condition Expause (5 072 vs 5 718 kJ; p < 0,05). Aucune différence significative n’a été notée pour la collation de l’après-midi et le souper. Chose intéressante, l’ingestion calorique des lipides était plus basse au diner avec une ingestion de 1 604 kJ pour la condition Ex versus 2 085 kJ pour la condition Expause (p < 0,05). Cette étude est la première à investiguer l’effet du positionnement optimal de l’activité physique pour réduire l’ingestion calorique et elle révèle qu’être actif physiquement juste avant le repas joue un rôle sur la diminution de l’ingestion calorique indépendamment des sensations d’appétit. L’absence d’une compensation durant le reste de la journée suggère de plus qu’une balance énergétique négative, incluant une réduction de la consommation de lipides, peut être plus facilement atteinte en positionnant l’activité physique juste avant un repas.

Rôle du régulateur Fur et des petits ARN non codants RfrA et RfrB dans l’homéostasie du fer et la virulence de Salmonella

La régulation de l’homéostasie du fer est cruciale chez les bactéries. Chez Salmonella, l’expression des gènes d’acquisition et du métabolisme du fer au moment approprié est importante pour sa survie et sa virulence. Cette régulation est effectuée par la protéine Fur et les petits ARN non codants RfrA et RfrB. Le rôle de ces régulateurs est d’assurer que le niveau de fer soit assez élevé pour la survie et le métabolisme de Salmonella, et assez faible pour éviter l’effet toxique du fer en présence d’oxygène. Les connaissances concernant le rôle de ces régulateurs ont été principalement obtenues par des études chez S. Typhimurium, un sérovar généraliste causant une gastro-entérite chez les humains. Très peu d’informations sont connues sur le rôle de ces régulateurs chez S. Typhi, un sérovar humain-spécifique responsable de la fièvre typhoïde. Le but de cette étude était de déterminer les rôles de Fur, RfrA et RfrB dans l’homéostasie du fer et la virulence de Salmonella, et de démontrer qu’ils ont une implication distincte chez les sérovars Typhi et Typhimurium. Premièrement, Fur, RfrA et RfrB régulent l’homéostasie du fer de Salmonella. Les résultats de cette étude ont démontré que Fur est requis pour la résistance au stress oxydatif et pour une croissance optimale dans différentes conditions in vitro. La sensibilité du mutant fur est due à l’expression des petits ARN RfrA et RfrB, et cette sensibilité est beaucoup plus importante chez S. Typhi que chez S. Typhimurium. Également, Fur inhibe la transcription des gènes codant pour les sidérophores en conditions riches en fer, tandis que les petits ARN RfrA et RfrB semblent être importants pour la production d’entérobactine et de salmochélines chez S. Typhi lors de conditions pauvres en fer. Ensuite, ces régulateurs affectent la virulence de Salmonella. Fur est important pour la motilité de Salmonella, particulièrement chez S. Typhi. Fur est nécessaire pour l’invasion des deux sérovars dans les cellules épithéliales, et pour l’entrée et la survie de S. Typhi dans les macrophages. Chez S. Typhimurium, Fur ne semble pas impliqué dans l’interaction avec les macrophages. De plus, les petits ARN RfrA et RfrB sont importants pour la multiplication intracellulaire de Salmonella dans les macrophages pour les deux sérovars. Finalement, la protéine Fur et les petits ARN RfrA et RfrB régulent l’expression de l’opéron fimbriaire tcf, absent du génome de S. Typhimurium. Un site de liaison putatif de la protéine Fur a été identifié dans la région promotrice de tcfA chez S. Typhi, mais une régulation directe n’a pas été confirmée. L’expression de tcf est induite par le fer et par Fur, et est inhibée par les petits ARN RfrA et RfrB. Ainsi, ces régulateurs affectent des gènes de virulence qui sont retrouvés spécifiquement chez S. Typhi. En somme, ce projet a permis de démontrer que les régulateurs de l’homéostasie du fer de Salmonella peuvent affecter la résistance de cette bactérie pathogène à différents stress, notamment le stress oxydatif, la croissance en conditions de carence en fer ainsi que la virulence. Ces régulateurs jouent un rôle distinct chez les sérovars Typhi et Typhimurium.

Incremental Verification of Timing Constraints for Real-Time Systems

Testing constraints for real-time systems are usually verified through the satisfiability of propositional formulae. In this paper, we propose an alternative where the verification of timing constraints can be done by counting the number of truth assignments instead of boolean satisfiability. This number can also tell us how “far away” is a given specification from satisfying its safety assertion. Furthermore, specifications and safety assertions are often modified in an incremental fashion, where problematic bugs are fixed one at a time. To support this development, we propose an incremental algorithm for counting satisfiability. Our proposed incremental algorithm is optimal as no unnecessary nodes are created during each counting. This works for the class of path RTL. To illustrate this application, we show how incremental satisfiability counting can be applied to a well-known rail-road crossing example, particularly when its specification is still being refined.

Parametric pension reform and the intensive margin of labor supply, evidence from Colombia

We analyze the effect of a parametric reform of the fully-funded pension regime in Colombia on the intensive margin of the labor supply. We take advantage of a threshold defined by law in order to identify the causal effect using a regression discontinuity design. We find that a pension system that increases retirement age and the minimum weeks during which workers must contribute to claim pension benefits causes an increase of around 2 hours on the number of weekly worked hours; this corresponds to 4% of the average number of weekly worked hours or around 14% of a standard deviation of weekly worked hours. The effect is robust to different specifications, polynomial orders and sample sizes.