Searching for novel gene functions in yeast : identification of thousands of novel molecular interactions by protein-fragment complementation assay followed by automated gene function prediction and high-throughput lipidomics

La compréhension de processus biologiques complexes requiert des approches expérimentales et informatiques sophistiquées. Les récents progrès dans le domaine des stratégies génomiques fonctionnelles mettent dorénavant à notre disposition de puissants outils de collecte de données sur l’interconnectivité des gènes, des protéines et des petites molécules, dans le but d’étudier les principes organisationnels de leurs réseaux cellulaires. L’intégration de ces connaissances au sein d’un cadre de référence en biologie systémique permettrait la prédiction de nouvelles fonctions de gènes qui demeurent non caractérisées à ce jour. Afin de réaliser de telles prédictions à l’échelle génomique chez la levure Saccharomyces cerevisiae, nous avons développé une stratégie innovatrice qui combine le criblage interactomique à haut débit des interactions protéines-protéines, la prédiction de la fonction des gènes in silico ainsi que la validation de ces prédictions avec la lipidomique à haut débit. D’abord, nous avons exécuté un dépistage à grande échelle des interactions protéines-protéines à l’aide de la complémentation de fragments protéiques. Cette méthode a permis de déceler des interactions in vivo entre les protéines exprimées par leurs promoteurs naturels. De plus, aucun biais lié aux interactions des membranes n’a pu être mis en évidence avec cette méthode, comparativement aux autres techniques existantes qui décèlent les interactions protéines-protéines. Conséquemment, nous avons découvert plusieurs nouvelles interactions et nous avons augmenté la couverture d’un interactome d’homéostasie lipidique dont la compréhension demeure encore incomplète à ce jour. Par la suite, nous avons appliqué un algorithme d’apprentissage afin d’identifier huit gènes non caractérisés ayant un rôle potentiel dans le métabolisme des lipides. Finalement, nous avons étudié si ces gènes et un groupe de régulateurs transcriptionnels distincts, non préalablement impliqués avec les lipides, avaient un rôle dans l’homéostasie des lipides. Dans ce but, nous avons analysé les lipidomes des délétions mutantes de gènes sélectionnés. Afin d’examiner une grande quantité de souches, nous avons développé une plateforme à haut débit pour le criblage lipidomique à contenu élevé des bibliothèques de levures mutantes. Cette plateforme consiste en la spectrométrie de masse à haute resolution Orbitrap et en un cadre de traitement des données dédié et supportant le phénotypage des lipides de centaines de mutations de Saccharomyces cerevisiae. Les méthodes expérimentales en lipidomiques ont confirmé les prédictions fonctionnelles en démontrant certaines différences au sein des phénotypes métaboliques lipidiques des délétions mutantes ayant une absence des gènes YBR141C et YJR015W, connus pour leur implication dans le métabolisme des lipides. Une altération du phénotype lipidique a également été observé pour une délétion mutante du facteur de transcription KAR4 qui n’avait pas été auparavant lié au métabolisme lipidique. Tous ces résultats démontrent qu’un processus qui intègre l’acquisition de nouvelles interactions moléculaires, la prédiction informatique des fonctions des gènes et une plateforme lipidomique innovatrice à haut débit , constitue un ajout important aux méthodologies existantes en biologie systémique. Les développements en méthodologies génomiques fonctionnelles et en technologies lipidomiques fournissent donc de nouveaux moyens pour étudier les réseaux biologiques des eucaryotes supérieurs, incluant les mammifères. Par conséquent, le stratégie présenté ici détient un potentiel d’application au sein d’organismes plus complexes.

La plateforme Bubbles : un outil d'investigation des différences individuelles de stratégies de reconnaissance de l'identité des visages.

L’objectif de cette recherche est la création d’une plateforme en ligne qui permettrait d’examiner les différences individuelles de stratégies de traitement de l’information visuelle dans différentes tâches de catégorisation des visages. Le but d’une telle plateforme est de récolter des données de participants géographiquement dispersés et dont les habiletés en reconnaissance des visages sont variables. En effet, de nombreuses études ont montré qu’il existe de grande variabilité dans le spectre des habiletés à reconnaître les visages, allant de la prosopagnosie développementale (Susilo & Duchaine, 2013), un trouble de reconnaissance des visages en l’absence de lésion cérébrale, aux super-recognizers, des individus dont les habiletés en reconnaissance des visages sont au-dessus de la moyenne (Russell, Duchaine & Nakayama, 2009). Entre ces deux extrêmes, les habiletés en reconnaissance des visages dans la population normale varient. Afin de démontrer la faisabilité de la création d’une telle plateforme pour des individus d’habiletés très variables, nous avons adapté une tâche de reconnaissance de l’identité des visages de célébrités utilisant la méthode Bubbles (Gosselin & Schyns, 2001) et avons recruté 14 sujets contrôles et un sujet présentant une prosopagnosie développementale. Nous avons pu mettre en évidence l’importance des yeux et de la bouche dans l’identification des visages chez les sujets « normaux ». Les meilleurs participants semblent, au contraire, utiliser majoritairement le côté gauche du visage (l’œil gauche et le côté gauche de la bouche).

Effets du vieillissement sur les index électrophysiologiques de l’évaluation des relations spatiales en mémoire de travail visuelle

Le processus de vieillissement humain est un processus complexe qui varie grandement d’une personne à l’autre. Malgré l’ampleur des recherches faites sur le sujet, il reste encore beaucoup à explorer et à comprendre. Cette thèse propose trois expériences qui nous permettent d’améliorer notre compréhension des changements qui s’opèrent dans la mémoire de travail visuelle et l’attention visuospatiale avec la prise en âge. La première expérience propose d’examiner les changements dans les capacités de mémoire de travail visuelle entre des jeunes adultes, des adultes âgés sains et des personnes atteintes de trouble cognitif léger (TCL). De plus, grâce à un suivi fait avec les personnes ayant un TCL, nous avons pu examiner si des différences existaient au niveau comportemental entre les âgés qui ont déclinés vers un type de démence et ceux dont l’état est resté stable. Plusieurs techniques peuvent être utilisées pour étudier les effets du vieillissement sur le cerveau. Les tests neuropsychologiques et les tâches comportementales présentées dans la première expérience en sont un exemple. La neuroimagerie peut aussi s’avérer particulièrement utile. En effet, certaines mesures électrophysiologiques, aussi appelées potentiels reliés aux évènements (PRE), sont associées à des fonctions cognitives précises. Ces composantes nous permettent de suivre ces processus et d’observer les modulations causées par les caractéristiques des stimuli ou l’âge par exemple. C’est le cas de la N2pc (négativité 2 postérieure controlatérale) et de la SPCN (sustained posterior contralateral negativity), des composantes électrophysiologiques liées respectivement à l’attention visuospatiale et la mémoire de travail visuelle. On connait bien ces deux composantes ainsi que les facteurs qui les modulent, or elles sont peu utilisées pour les changements qui occurrent dans l’attention et la mémoire de travail visuelle dans le cadre du processus de vieillissement. Les deuxième et troisième expériences proposent d’utiliser une tâche de recherche visuelle (nombre d’items de couleur et identification d’une relation spatiale entre deux items de couleur) afin d’explorer les changements observables sur ces composantes électrophysiologiques. La deuxième expérience examine l’efficacité d’un paradigme à présentations multiples (‘multiple frame’) afin de mesurer la N2pc et la SPCN chez de jeunes adultes. La troisième expérience a pour but d’examiner les effets du vieillissement normal sur l’amplitude et la latence de la N2pc et la SPCN en utilisant le même type de tâche de recherche visuelle.

Identification des corrélats neuronaux associés à la clôture perceptive des objets : une étude en potentiels évoqués

La capacité du système visuel humain à compléter une image partiellement dévoilée et à en dériver une forme globale à partir de ses fragments visibles incomplets est un phénomène qui suscite, jusqu’à nos jours, l’intérêt de nombreux scientifiques œuvrant dans différents milieux de recherche tels que l’informatique, l’ingénierie en intelligence artificielle, la perception et les neurosciences. Dans le cadre de la présente thèse, nous nous sommes intéressés spécifiquement sur les substrats neuronaux associés à ce phénomène de clôture perceptive. La thèse actuelle a donc pour objectif général d’explorer le décours spatio-temporel des corrélats neuronaux associés à la clôture perceptive au cours d’une tâche d’identification d’objets. Dans un premier temps, le premier article visera à caractériser la signature électrophysiologique liée à la clôture perceptive chez des personnes à développement typique dans le but de déterminer si les processus de clôture perceptive reflèteraient l’interaction itérative entre les mécanismes de bas et de haut-niveau et si ceux-ci seraient sollicités à une étape précoce ou tardive lors du traitement visuel de l’information. Dans un deuxième temps, le second article a pour objectif d’explorer le décours spatio-temporel des mécanismes neuronaux sous-tendant la clôture perceptive dans le but de déterminer si les processus de clôture perceptive des personnes présentant un trouble autistique se caractérisent par une signature idiosyncrasique des changements d’amplitude des potentiels évoqués (PÉs). En d’autres termes, nous cherchons à déterminer si la clôture perceptive en autisme est atypique et nécessiterait davantage la contribution des mécanismes de bas-niveau et/ou de haut-niveau. Les résultats du premier article indiquent que le phénomène de clôture perceptive est associé temporellement à l’occurrence de la composante de PÉs N80 et P160 tel que révélé par des différences significatives claires entre des objets et des versions méconnaissables brouillées. Nous proposons enfin que la clôture perceptive s’avère un processus de transition reflétant les interactions proactives entre les mécanismes neuronaux œuvrant à apparier l’input sensoriel fragmenté à une représentation d’objets en mémoire plausible. Les résultats du second article révèlent des effets précoces de fragmentation et d’identification obtenus au niveau de composantes de potentiels évoqués N80 et P160 et ce, en toute absence d’effets au niveau des composantes tardives pour les individus avec autisme de haut niveau et avec syndrome d’Asperger. Pour ces deux groupes du trouble du spectre autistique, les données électrophysiologiques suggèrent qu’il n’y aurait pas de pré-activation graduelle de l’activité des régions corticales, entre autres frontales, aux moments précédant et menant vers l’identification d’objets fragmentés. Pour les participants autistes et avec syndrome d’Asperger, les analyses statistiques démontrent d’ailleurs une plus importante activation au niveau des régions postérieures alors que les individus à développement typique démontrent une activation plus élevée au niveau antérieur. Ces résultats pourraient suggérer que les personnes du spectre autistique se fient davantage aux processus perceptifs de bas-niveau pour parvenir à compléter les images d’objets fragmentés. Ainsi, lorsque confrontés aux images d’objets partiellement visibles pouvant sembler ambiguës, les individus avec autisme pourraient démontrer plus de difficultés à générer de multiples prédictions au sujet de l’identité d’un objet qu’ils perçoivent. Les implications théoriques et cliniques, les limites et perspectives futures de ces résultats sont discutées.

Code clones in program test sequence identification

Code clones are portions of source code which are similar to the original program code. The presence of code clones is considered as a bad feature of software as the maintenance of software becomes difficult due to the presence of code clones. Methods for code clone detection have gained immense significance in the last few years as they play a significant role in engineering applications such as analysis of program code, program understanding, plagiarism detection, error detection, code compaction and many more similar tasks. Despite of all these facts, several features of code clones if properly utilized can make software development process easier. In this work, we have pointed out such a feature of code clones which highlight the relevance of code clones in test sequence identification. Here program slicing is used in code clone detection. In addition, a classification of code clones is presented and the benefit of using program slicing in code clone detection is also mentioned in this work.

Teaching an Old Robot New Tricks: Learning Novel Tasks via Interaction with People and Things

As AI has begun to reach out beyond its symbolic, objectivist roots into the embodied, experientialist realm, many projects are exploring different aspects of creating machines which interact with and respond to the world as humans do. Techniques for visual processing, object recognition, emotional response, gesture production and recognition, etc., are necessary components of a complete humanoid robot. However, most projects invariably concentrate on developing a few of these individual components, neglecting the issue of how all of these pieces would eventually fit together. The focus of the work in this dissertation is on creating a framework into which such specific competencies can be embedded, in a way that they can interact with each other and build layers of new functionality. To be of any practical value, such a framework must satisfy the real-world constraints of functioning in real-time with noisy sensors and actuators. The humanoid robot Cog provides an unapologetically adequate platform from which to take on such a challenge. This work makes three contributions to embodied AI. First, it offers a general-purpose architecture for developing behavior-based systems distributed over networks of PC's. Second, it provides a motor-control system that simulates several biological features which impact the development of motor behavior. Third, it develops a framework for a system which enables a robot to learn new behaviors via interacting with itself and the outside world. A few basic functional modules are built into this framework, enough to demonstrate the robot learning some very simple behaviors taught by a human trainer. A primary motivation for this project is the notion that it is practically impossible to build an "intelligent" machine unless it is designed partly to build itself. This work is a proof-of-concept of such an approach to integrating multiple perceptual and motor systems into a complete learning agent.

Computational Models of Object Recognition in Cortex: A Review

Understanding how biological visual systems perform object recognition is one of the ultimate goals in computational neuroscience. Among the biological models of recognition the main distinctions are between feedforward and feedback and between object-centered and view-centered. From a computational viewpoint the different recognition tasks - for instance categorization and identification - are very similar, representing different trade-offs between specificity and invariance. Thus the different tasks do not strictly require different classes of models. The focus of the review is on feedforward, view-based models that are supported by psychophysical and physiological data.

Detecting Faces in Impoverished Images

The ability to detect faces in images is of critical ecological significance. It is a pre-requisite for other important face perception tasks such as person identification, gender classification and affect analysis. Here we address the question of how the visual system classifies images into face and non-face patterns. We focus on face detection in impoverished images, which allow us to explore information thresholds required for different levels of performance. Our experimental results provide lower bounds on image resolution needed for reliable discrimination between face and non-face patterns and help characterize the nature of facial representations used by the visual system under degraded viewing conditions. Specifically, they enable an evaluation of the contribution of luminance contrast, image orientation and local context on face-detection performance.

On the difficulty of feature-based attentional modulations in visual object recognition: A modeling study.

Numerous psychophysical experiments have shown an important role for attentional modulations in vision. Behaviorally, allocation of attention can improve performance in object detection and recognition tasks. At the neural level, attention increases firing rates of neurons in visual cortex whose preferred stimulus is currently attended to. However, it is not yet known how these two phenomena are linked, i.e., how the visual system could be "tuned" in a task-dependent fashion to improve task performance. To answer this question, we performed simulations with the HMAX model of object recognition in cortex [45]. We modulated firing rates of model neurons in accordance with experimental results about effects of feature-based attention on single neurons and measured changes in the model's performance in a variety of object recognition tasks. It turned out that recognition performance could only be improved under very limited circumstances and that attentional influences on the process of object recognition per se tend to display a lack of specificity or raise false alarm rates. These observations lead us to postulate a new role for the observed attention-related neural response modulations.

Un análisis comparativo del papel del bucle fonológico versus la agenda visoespacial en el cálculo en niños de 7-8 años = A comparative analysis of the phonological loop versus the visuo-spatial sketchpad in mental arithmetic tasks in 7-8 y.o. children

En esta investigación se ha estudiado la relación entre dos subsistemas de la memoria de trabajo (bucle fonológico y agenda viso-espacial) y el rendimiento en cálculo con una muestra de 94 niños españoles de 7-8 años. Hemos administrado dos pruebas de cálculo diseñadas para este estudio y seis medidas simples de memoria de trabajo (de contenido verbal, numérico y espacial) de la «Batería de Tests de Memoria de Treball» de Pickering, Baqués y Gathercole (1999), y dos pruebas visuales complementarias. Los resultados muestran una correlación importante entre las medidas de contenido verbal y numérico y el rendimiento en cálculo. En cambio, no hemos encontrado ninguna relación con las medidas espaciales. Se concluye, por lo tanto, que en escolares españoles existe una relación importante entre el bucle fonológico y el rendimiento en tareas de cálculo. En cambio, el rol de la agenda viso-espacial es nulo

Estudi de laboratori sobre la influència de baixes taxes d'alcoholèmia en l'execució de tres tasques d'atenció visual : implicacions per a la seguretat vial. 'Estudio de laboratorio sobre la influencia de bajas tasas de alcoholemia en la ejecución de tres tareas de atención visual : implicaciones para la seguridad vial'.

Ofrecer una revisión crítica del campo temático determinado por el trimonio atención, alcohol y conducción. Evaluar si alcoholemias entre 0,5 y 0,8 afectan a la precisión y a la rapidez al ejecutar una tarea de atención visual focalizada, una de atención sostenida y una de cambio de disposición atencional. 72 sujetos estudiantes voluntarios de la Universitat de les Illes Balears: 36 varones y 36 mujeres. Aplicación de un diseño de medidas repetidas respecto al factor condición. Se consideran como variables independientes la condición (con alcohol o placebo), el sexo y la práctica (medida según el balanceo). Las variables dependientes son el número de errores y el tiempo de reacción en tres tareas atencionales, así como las expectativas y el rendimiento percibido. Los instrumentos utilizados fueron la ANT (Amsterdam Neuropsychological Tasks de Sonneville, 1997) y el etilómetro evidencial Drager Alcotest 7110 MKIII. Para el análisis de datos se utilizaron sendos AVAR 2x2x2 así como las correspondientes pruebas no paramétricas. Las alcoholemias investigadas afectan a la rapidez y a la precisión en las tareas de atención concentrada y de atención sostenida y a la rapidez en la de cambio de disposición atencional. En todos los casos se pone de manifiesto un efecto en la práctica. Las alcoholemias investigadas disminuyen las expectativas y el rendimiento percibido. Las alcoholemias entre 0,5 y 0,8 gr/l afectan a la ejecución de las tres tareas de atención visual. La práctica es un factor muy a tener en cuenta, dado que contrarresta o invierte los efectos del alcohol. Las alcoholemias investigadas pueden resultar un riesgo en la conducción. Las diferencias interindividuales halladas apuntan a la necesidad de inducir pruebas comportamentales en la evaluación de los efectos del alcohol en los conductores. En cuanto al factor sexo, las mujeres son más precisas en la tarea de atención concentrada y los hombres son más rápidos en la de cambio de disposición atencional. En la tarea de atención sostenida, las alcoholemias investigadas afectan a la sensibilidad y al criterio de respuesta.

Biologically motivated model for object detection and identification in real-world scenes

The classical computer vision methods can only weakly emulate some of the multi-level parallelisms in signal processing and information sharing that takes place in different parts of the primates’ visual system thus enabling it to accomplish many diverse functions of visual perception. One of the main functions of the primates’ vision is to detect and recognise objects in natural scenes despite all the linear and non-linear variations of the objects and their environment. The superior performance of the primates’ visual system compared to what machine vision systems have been able to achieve to date, motivates scientists and researchers to further explore this area in pursuit of more efficient vision systems inspired by natural models. In this paper building blocks for a hierarchical efficient object recognition model are proposed. Incorporating the attention-based processing would lead to a system that will process the visual data in a non-linear way focusing only on the regions of interest and hence reducing the time to achieve real-time performance. Further, it is suggested to modify the visual cortex model for recognizing objects by adding non-linearities in the ventral path consistent with earlier discoveries as reported by researchers in the neuro-physiology of vision.

Changing state disruption of lip-reading by irrelevant sound in perceptual and memory tasks

Three experiments investigated irrelevant sound interference of lip-read lists. In Experiment 1, an acoustically changing sequence of nine irrelevant utterances was more disruptive to spoken immediate identification of lists of nine lip-read digits than nine repetitions of the same utterances (the changing-state effect; Jones, Madden, & Miles, 1992). Experiment 2 replicated this finding when lip-read items were sampled with replacement from the nine digits to form the lip-read lists. In Experiment 3, when the irrelevant sound was confined to the retention interval of a delayed recall task, a changing-state pattern of disruption also occurred. Results confirm a changing-state effect in memory for lip-read items but also point to the possibility that, for lip-reading, changing-state effects may occur at an earlier, perceptual stage.

Freeze-frame: a new infant inhibition task and its relation to frontal cortex tasks during infancy and early childhood

The current study investigated a new, easily administered, visual inhibition task for infants termed the Freeze-Frame task. In the new task, 9-month-olds were encouraged to inhibit looks to peripheral distractors. This was done by briefly freezing a central animated stimulus when infants looked to the distractors. Half of the trials presented an engaging central stimulus, and the other half presented a repetitive central stimulus. Three measures of inhibitory function were derived from the task and compared with performance on a set of frontal cortex tasks administered at 9 and 24 months of age. As expected, infants' ability to learn to selectively inhibit looks to the distractors at 9 months predicted performance at 24 months. However, performance differences in the two Freeze-Frame trial types early in the experiment also turned out to be an important predictor. The results are discussed in terms of the validity of the Freeze-Frame task as an early measure of different components of inhibitory function. (C) 2007 Elsevier Inc. All rights reserved.

Evidence for unusual spatial location coding in Williams syndrome: an explanation for the local bias in visuo-spatial construction tasks?

Individuals with Williams syndrome (WS) display poor visuo-spatial cognition relative to verbal abilities. Furthermore, whilst perceptual abilities are delayed, visuo-spatial construction abilities are comparatively even weaker, and are characterised by a local bias. We investigated whether his differentiation in visuo-spatial abilities can be explained by a deficit in coding spatial location in WS. This can be measured by assessing participants' understanding of the spatial relations between objects within a visual scene. Coordinate and categorical spatial relations were investigated independently in four participant groups: 21 individuals with WS; 21 typically developing (TD) children matched for non-verbal ability; 20 typically developing controls of a lower non-verbal ability; and 21 adults. A third task measured understanding of visual colour relations. Results indicated first, that the comprehension of categorical and coordinate spatial relations is equally poor in WS. Second, that the comprehension of visual relations is also at an equivalent level to spatial relational understanding in this population. These results can explain the difference in performance on visuo-spatial perception and construction tasks in WS. In addition, both the WS and control groups displayed response biases in the spatial tasks. However, the direction of bias differed across the groups. This finding is explored in relation to current theories of spatial location coding. (c) 2005 Elsevier Inc. All rights reserved.