Conceptions hiérarchiques des groupes : de la nature à la culture

RESUME En faisant référence à la notion de préjugé idéologique, ce travail s'intéresse à la manifestation d'une croyance qui oppose la culture à la nature lors de la classification et l'évaluation des individus. Nous proposons que cette croyance se manifeste par l'attribution de traits spécifiques aux groupes (traits culturels et naturels) et que sa fonction est de justifier la suprématie de l'homme bourgeois blanc occidental sur autrui. Ainsi, nous abordons la perception de plusieurs groupes ethniques de la part d'individus suisses. Notre travail est organisé en trois parties. La première partie présente une étude exploratoire dont l'objectif est de cerner les phénomènes étudiés. Les résultats mettent en évidence que l'attribution de traits culturels .positifs aux groupes ethniques est relativement indépendante de l'attribution de traits naturels positifs àceux-ci: les groupes perçus comme les plus culturels sont également perçus comme les plus naturels. De plus, l'attribution de traits naturels positifs semble sous-tendre une attitude favorable envers les groupes. La deuxième partie reprend les critères qu'identifient les notions de culture et de nature. Les études 2, 3 et 4 ont mis en évidence qu'il y au continuum dans la signification des traits par rapport à .l'être humain et à l'animal. Cela nous a amené sélectionner des traits attribués uniquement à l' être humain (culture) et des traits attribués davantage à l' animal qu'à l'être humain (nature). Les études 5 et 6 de la troisième partie montrent que, lorsqu'il est question de groupes ethniques, l'endogroupe dominant et ses alliés sont associés à la culture positive, alors que des exogroupes spécifiques sont associés à la nature positive (des exogroupes sujets au paternalisme). L'étude 7 confirme les résultats concernant l'endogroupe dominant et ses alliés avec des groupes fictifs et il met en évidence que les membres du groupe dominant utilisent la notion de culture positive pour hiérarchiser les groupes. L'attribution de nature positive n'est pas prise en compte pour hiérarchiser des groupes fictifs. Pour conclure, les études montrent qu'il n'y a pas d'opposition entre la culture et la nature (positives): les membres du groupe ethnique dominant utilisent la notion de culture pour classifier et évaluer les individus sur une hiérarchie de valeurs. La notion de nature n'est pas utilisée pour hiérarchiser les groupes, mais elle identifie des exogroupes spécifiques.

Développement d'une puce à ADN métabolique et application à l'étude d'un modèle murin d'obésité et de diabète de type II

Résumé tout public : Le développement du diabète de type II et de l'obésité est causé par l'interaction entre des gènes de susceptibilité et des facteurs environnementaux, en particulier une alimentation riche en calories et une activité physique insuffisante. Afín d'évaluer le rôle de l'alimentation en absence d'hétérogénéité génétique, nous avons nourri une lignée de souris génétiquement pure avec un régime extrêmement gras. Ce régime a conduit à l'établissement de différents phénotypes parmi ces souris, soit : un diabète et une obésité (ObD), un diabète mais pas d'obésité (LD) ou ni un diabète, ni une obésité (LnD). Nous avons fait l'hypothèse que ces adaptations différentes au stress nutritionnel induit par le régime gras étaient dues à l'établissement de programmes génétiques différents dans les principaux organes impliqués dans le maintien de l'équilibre énergétique. Afin d'évaluer cette hypothèse, nous avons développé une puce à ADN contenant approximativement 700 gènes du métabolisme. Cette puce à ADN, en rendant possible la mesure simultanée de l'expression de nombreux gènes, nous a permis d'établir les profils d'expression des gènes caractéristiques de chaque groupe de souris nourries avec le régime gras, dans le foie et le muscle squelettique. Les données que nous avons obtenues à partir de ces profils d'expression ont montré que des changements d'expression marqués se produisaient dans le foie et le muscle entre les différents groupes de souris nourries avec le régime gras. Dans l'ensemble, ces changements suggèrent que l'établissement du diabète de type II et de l'obésité induits par un régime gras est associé à une synthèse accrue de lipides par le foie et à un flux augmenté de lipides du foie jusqu'à la périphérie (muscles squelettiques). Dans un deuxième temps, ces profils d'expression des gènes ont été utilisés pour sélectionner un sous-ensemble de gènes suffisamment discriminants pour pouvoir distinguer entre les différents phénotypes. Ce sous-ensemble de gènes nous a permis de construire un classificateur phénotypique capable de prédire avec une précision relativement élevée le phénotype des souris. Dans le futur, de tels « prédicteurs » basés sur l'expression des gènes pourraient servir d'outils pour le diagnostic de pathologies liées au métabolisme. Summary: Aetiology of obesity and type II diabetes is multifactorial, involving both genetic and environmental factors, such as calory-rich diets or lack of exercice. Genetically homogenous C57BL/6J mice fed a high fat diet (HFD) up to nine months develop differential adaptation, becoming either obese and diabetic (ObD) or remaining lean in the presence (LD) or absence (LnD) of diabetes development. Each phenotype is associated with diverse metabolic alterations, which may result from diverse molecular adaptations of key organs involved in the control of energy homeostasis. In this study, we evaluated if specific patterns of gene expression could be associated with each different phenotype of HFD mice in the liver and the skeletal muscles. To perform this, we constructed a metabolic cDNA microarray containing approximately 700 cDNA representing genes involved in the main metabolic pathways of energy homeostasis. Our data indicate that the development of diet-induced obesity and type II diabetes is linked to some defects in lipid metabolism, involving a preserved hepatic lipogenesis and increased levels of very low density lipoproteins (VLDL). In skeletal muscles, an increase in fatty acids uptake, as suggested by the increased expression of lipoprotein lipase, would contribute to the increased level of insulin resistance observed in the ObD mice. Conversely, both groups of lean mice showed a reduced expression in lipogenic genes, particularly stearoyl-CoA desaturase 1 (Scd-1), a gene linked to sensitivity to diet-induced obesity. Secondly, we identified a subset of genes from expression profiles that classified with relative accuracy the different groups of mice. Such classifiers may be used in the future as diagnostic tools of each metabolic state in each tissue. Résumé Développement d'une puce à ADN métabolique et application à l'étude d'un modèle murin d'obésité et de diabète de type II L'étiologie de l'obésité et du diabète de type II est multifactorielle, impliquant à la fois des facteurs génétiques et environnementaux, tels que des régimes riches en calories ou un manque d'exercice physique. Des souris génétiquement homogènes C57BL/6J nourries avec un régime extrêmement gras (HFD) pendant 9 mois développent une adaptation métabolique différentielle, soit en devenant obèses et diabétiques (ObD), soit en restant minces en présence (LD) ou en absence (LnD) d'un diabète. Chaque phénotype est associé à diverses altérations métaboliques, qui pourraient résulter de diverses adaptations moléculaires des organes impliqués dans le contrôle de l'homéostasie énergétique. Dans cette étude, nous avons évalué si des profils d'expression des gènes dans le foie et le muscle squelettique pouvaient être associés à chacun des phénotypes de souris HFD. Dans ce but, nous avons développé une puce à ADN métabolique contenant approximativement 700 ADNc représentant des gènes impliqués dans les différentes voies métaboliques de l'homéostasie énergétique. Nos données indiquent que le développement de l'obésité et du diabète de type II induit par un régime gras est associé à certains défauts du métabolisme lipidique, impliquant une lipogenèse hépatique préservée et des niveaux de lipoprotéines de très faible densité (VLDL) augmentés. Au niveau du muscle squelettique, une augmentation du captage des acides gras, suggéré par l'expression augmentée de la lipoprotéine lipase, contribuerait à expliquer la résistance à l'insuline plus marquée observée chez les souris ObD. Au contraire, les souris minces ont montré une réduction marquée de l'expression des gènes lipogéniques, en particulier de la stéaroyl-CoA désaturase 1 (scd-1), un gène associé à la sensibilité au développement de l'obésité par un régime gras. Dans un deuxième temps, nous avons identifié un sous-ensemble de gènes à partir des profils d'expression, qui permettent de classifier avec une précision relativement élevée les différents groupes de souris. De tels classificateurs pourraient être utilisés dans le futur comme outils pour le diagnostic de l'état métabolique d'un tissu donné.

Analysis of susceptibility to human immunodeficiency virus 1 (HIV-1) by comparative genetics

Summary [résumé français voir ci-dessous] From the beginning of the 20th century the world population has been confronted with the human immune deficiency virus 1 (HIV-1). This virus has the particularity to mutate fast, and could thus evade and adapt to the human host. Our closest evolutionary related organisms, the non-human primates, are less susceptible to HIV-1. In a broader sense, primates are differentially susceptible to various retrovirus. Species specificity may be due to genetic differences among primates. In the present study we applied evolutionary and comparative genetic techniques to characterize the evolutionary pattern of host cellular determinants of HIV-1 pathogenesis. The study of the evolution of genes coding for proteins participating to the restriction or pathogenesis of HIV-1 may help understanding the genetic basis of modern human susceptibility to infection. To perform comparative genetics analysis, we constituted a collection of primate DNA and RNA to allow generation of de novo sequence of gene orthologs. More recently, release to the public domain of two new primate complete genomes (bornean orang-utan and common marmoset) in addition of the three previously available genomes (human, chimpanzee and Rhesus monkey) help scaling up the evolutionary and comparative genome analysis. Sequence analysis used phylogenetic and statistical methods for detecting molecular adaptation. We identified different selective pressures acting on host proteins involved in HIV-1 pathogenesis. Proteins with HIV-1 restriction properties in non-human primates were under strong positive selection, in particular in regions of interaction with viral proteins. These regions carried key residues for the antiviral activity. Proteins of the innate immunity presented an evolutionary pattern of conservation (purifying selection) but with signals of relaxed constrain if we compared them to the average profile of purifying selection of the primate genomes. Large scale analysis resulted in patterns of evolutionary pressures according to molecular function, biological process and cellular distribution. The data generated by various analyses served to guide the ancestral reconstruction of TRIM5a a potent antiviral host factor. The resurrected TRIM5a from the common ancestor of Old world monkeys was effective against HIV-1 and the recent resurrected hominoid variants were more effective against other retrovirus. Thus, as the result of trade-offs in the ability to restrict different retrovirus, human might have been exposed to HIV-1 at a time when TRIM5a lacked the appropriate specific restriction activity. The application of evolutionary and comparative genetic tools should be considered for the systematical assessment of host proteins relevant in viral pathogenesis, and to guide biological and functional studies. Résumé La population mondiale est confrontée depuis le début du vingtième siècle au virus de l'immunodéficience humaine 1 (VIH-1). Ce virus a un taux de mutation particulièrement élevé, il peut donc s'évader et s'adapter très efficacement à son hôte. Les organismes évolutivement le plus proches de l'homme les primates nonhumains sont moins susceptibles au VIH-1. De façon générale, les primates répondent différemment aux rétrovirus. Cette spécificité entre espèces doit résider dans les différences génétiques entre primates. Dans cette étude nous avons appliqué des techniques d'évolution et de génétique comparative pour caractériser le modèle évolutif des déterminants cellulaires impliqués dans la pathogenèse du VIH- 1. L'étude de l'évolution des gènes, codant pour des protéines impliquées dans la restriction ou la pathogenèse du VIH-1, aidera à la compréhension des bases génétiques ayant récemment rendu l'homme susceptible. Pour les analyses de génétique comparative, nous avons constitué une collection d'ADN et d'ARN de primates dans le but d'obtenir des nouvelles séquences de gènes orthologues. Récemment deux nouveaux génomes complets ont été publiés (l'orang-outan du Bornéo et Marmoset commun) en plus des trois génomes déjà disponibles (humain, chimpanzé, macaque rhésus). Ceci a permis d'améliorer considérablement l'étendue de l'analyse. Pour détecter l'adaptation moléculaire nous avons analysé les séquences à l'aide de méthodes phylogénétiques et statistiques. Nous avons identifié différentes pressions de sélection agissant sur les protéines impliquées dans la pathogenèse du VIH-1. Des protéines avec des propriétés de restriction du VIH-1 dans les primates non-humains présentent un taux particulièrement haut de remplacement d'acides aminés (sélection positive). En particulier dans les régions d'interaction avec les protéines virales. Ces régions incluent des acides aminés clé pour l'activité de restriction. Les protéines appartenant à l'immunité inné présentent un modèle d'évolution de conservation (sélection purifiante) mais avec des traces de "relaxation" comparé au profil général de sélection purifiante du génome des primates. Une analyse à grande échelle a permis de classifier les modèles de pression évolutive selon leur fonction moléculaire, processus biologique et distribution cellulaire. Les données générées par les différentes analyses ont permis la reconstruction ancestrale de TRIM5a, un puissant facteur antiretroviral. Le TRIM5a ressuscité, correspondant à l'ancêtre commun entre les grands singes et les groupe des catarrhiniens, est efficace contre le VIH-1 moderne. Les TRIM5a ressuscités plus récents, correspondant aux ancêtres des grands singes, sont plus efficaces contre d'autres rétrovirus. Ainsi, trouver un compromis dans la capacité de restreindre différents rétrovirus, l'homme aurait été exposé au VIH-1 à une période où TRIM5a manquait d'activité de restriction spécifique contre celui-ci. L'application de techniques d'évolution et de génétique comparative devraient être considérées pour l'évaluation systématique de protéines impliquées dans la pathogenèse virale, ainsi que pour guider des études biologiques et fonctionnelles

De l'exceptio doli à l'interdiction de l'abus de droit : étude de droit romain et de droit suisse

INTRODUCTION La loi peut-elle conduire à l'injustice ? Depuis l'antiquité, les rapports entre la loi et la justice constituent un thème fondamental de la pensée occidentale. En témoigne notamment la récurrence, à travers les siècles, du débat entre jusnaturalistes -qui postulent l'existence et la prééminence d'un droit naturel, toujours conforme à l'équité - et positivistes - pour lesquels la question du caractère juste ou injuste d'une loi valablement édictée n'est d'aucune pertinence. Cette préoccupation n'atteint toutefois pas aux seules réflexions spéculatives des théoriciens du droit. La plupart des législateurs ont cherché à fonder leurs normes sur l'équité, et à les conformer ainsi à l'idée de justice qui prévalait lors de leur adoption. La question peut se poser toutefois de l'existence possible d'une «loi juste dans l'abstrait, antérieurement à toute concrétisation. N'est-ce pas au contraire le sort de toute norme que d'échapper à son auteur et de voir son sens précisé, complété, voire modifié au travers des multiples cas qu'elle est appelée à régler? Aristote avait déjà mis en évidence l'imperfection inhérente à toute norme générale. Aucun législateur ne peut en effet envisager la multiplicité des hypothèses dans lesquelles les particuliers invoqueront la norme par lui édictée. Il arrive dès lors que le juge soit confronté à une prétention qui paraît régulièrement fondée en droit, mais dont la mise en oeuvre en l'espèce aboutit à une injustice. Pour cette raison, la plupart des systèmes juridiques ont développé des moyens destinés à éviter que l'application du droit conduise à un résultat injuste que ri avait pas envisagé l'auteur de la norme. Cette étude se propose tout d'abord d'examiner la solution du droit romain. Celui-ci a en effet développé, à travers l'exceptio doli, une institution qui permet au magistrat de paralyser les effets d'une prétention, pourtant parfaitement fondée en droit civil. Après un examen du contexte de son apparition (titre I), il s'agira d'en étudier - en tentant de les classifier - les nombreux cas d'application (titre II), avant de proposer une définition générale de l'institution (titre III). Seront ensuite décrites les principales étapes de l'évolution de l'exceptio doli, à partir de la fin de l'Empire romain d'Occident, jusqu'au XXe siècle de notre ère (titre IV). Codifié au début du XXe siècle, le droit privé suisse a certes concrétisé, par nombre de dispositions particulières, les divers cas d'application de l'exceptio doli ; il connaît cependant une institution - l'interdiction de l'abus de droit (art. 2 al. 2 CC) - dont la fonction paraît très analogue à celle de l'antique exception de dol (titre V). Il conviendra d'examiner les hypothèses d'abus de droit qui correspondent aux cas d'application de l'exceptio doli (titre VI) et celles qui doivent leur origine à d'autres institutions (titre VII). On aura ainsi mis en évidence l'étendue du lien de filiation entre l'antique exceptio doli et l'interdiction de l'abus de droit en droit suisse, deux institutions vouées à la concrétisation de l'idée de justice lors de la mise en oeuvre des normes.

Validation procedures in radiological diagnostic models. Neural network and logistic regression

The objective of this paper is to compare the performance of twopredictive radiological models, logistic regression (LR) and neural network (NN), with five different resampling methods. One hundred and sixty-seven patients with proven calvarial lesions as the only known disease were enrolled. Clinical and CT data were used for LR and NN models. Both models were developed with cross validation, leave-one-out and three different bootstrap algorithms. The final results of each model were compared with error rate and the area under receiver operating characteristic curves (Az). The neural network obtained statistically higher Az than LR with cross validation. The remaining resampling validation methods did not reveal statistically significant differences between LR and NN rules. The neural network classifier performs better than the one based on logistic regression. This advantage is well detected by three-fold cross-validation, but remains unnoticed when leave-one-out or bootstrap algorithms are used.

AWSum-Combining Classification with Knowledge Aquisition

Many classifiers achieve high levels of accuracy but have limited applicability in real world situations because they do not lead to a greater understanding or insight into the^way features influence the classification. In areas such as health informatics a classifier that clearly identifies the influences on classification can be used to direct research and formulate interventions. This research investigates the practical applications of Automated Weighted Sum, (AWSum), a classifier that provides accuracy comparable to other techniques whilst providing insight into the data. This is achieved by calculating a weight for each feature value that represents its influence on the class value. The merits of this approach in classification and insight are evaluated on a Cystic Fibrosis and Diabetes datasets with positive results.

Active learning methods for remote sensing image classification

In this paper, we propose two active learning algorithms for semiautomatic definition of training samples in remote sensing image classification. Based on predefined heuristics, the classifier ranks the unlabeled pixels and automatically chooses those that are considered the most valuable for its improvement. Once the pixels have been selected, the analyst labels them manually and the process is iterated. Starting with a small and nonoptimal training set, the model itself builds the optimal set of samples which minimizes the classification error. We have applied the proposed algorithms to a variety of remote sensing data, including very high resolution and hyperspectral images, using support vector machines. Experimental results confirm the consistency of the methods. The required number of training samples can be reduced to 10% using the methods proposed, reaching the same level of accuracy as larger data sets. A comparison with a state-of-the-art active learning method, margin sampling, is provided, highlighting advantages of the methods proposed. The effect of spatial resolution and separability of the classes on the quality of the selection of pixels is also discussed.

Feature Extraction from Whole-Sky Ground-Based Images for Cloud-Type Recognition

Several features that can be extracted from digital images of the sky and that can be useful for cloud-type classification of such images are presented. Some features are statistical measurements of image texture, some are based on the Fourier transform of the image and, finally, others are computed from the image where cloudy pixels are distinguished from clear-sky pixels. The use of the most suitable features in an automatic classification algorithm is also shown and discussed. Both the features and the classifier are developed over images taken by two different camera devices, namely, a total sky imager (TSI) and a whole sky imager (WSC), which are placed in two different areas of the world (Toowoomba, Australia; and Girona, Spain, respectively). The performance of the classifier is assessed by comparing its image classification with an a priori classification carried out by visual inspection of more than 200 images from each camera. The index of agreement is 76% when five different sky conditions are considered: clear, low cumuliform clouds, stratiform clouds (overcast), cirriform clouds, and mottled clouds (altocumulus, cirrocumulus). Discussion on the future directions of this research is also presented, regarding both the use of other features and the use of other classification techniques

Batch effect confounding leads to strong bias in performance estimates obtained by cross-validation.

BACKGROUND: With the large amount of biological data that is currently publicly available, many investigators combine multiple data sets to increase the sample size and potentially also the power of their analyses. However, technical differences ("batch effects") as well as differences in sample composition between the data sets may significantly affect the ability to draw generalizable conclusions from such studies. FOCUS: The current study focuses on the construction of classifiers, and the use of cross-validation to estimate their performance. In particular, we investigate the impact of batch effects and differences in sample composition between batches on the accuracy of the classification performance estimate obtained via cross-validation. The focus on estimation bias is a main difference compared to previous studies, which have mostly focused on the predictive performance and how it relates to the presence of batch effects. DATA: We work on simulated data sets. To have realistic intensity distributions, we use real gene expression data as the basis for our simulation. Random samples from this expression matrix are selected and assigned to group 1 (e.g., 'control') or group 2 (e.g., 'treated'). We introduce batch effects and select some features to be differentially expressed between the two groups. We consider several scenarios for our study, most importantly different levels of confounding between groups and batch effects. METHODS: We focus on well-known classifiers: logistic regression, Support Vector Machines (SVM), k-nearest neighbors (kNN) and Random Forests (RF). Feature selection is performed with the Wilcoxon test or the lasso. Parameter tuning and feature selection, as well as the estimation of the prediction performance of each classifier, is performed within a nested cross-validation scheme. The estimated classification performance is then compared to what is obtained when applying the classifier to independent data.

Domain Adaptation in remote sensing: increasing the portability of land-cover classifiers

Among the types of remote sensing acquisitions, optical images are certainly one of the most widely relied upon data sources for Earth observation. They provide detailed measurements of the electromagnetic radiation reflected or emitted by each pixel in the scene. Through a process termed supervised land-cover classification, this allows to automatically yet accurately distinguish objects at the surface of our planet. In this respect, when producing a land-cover map of the surveyed area, the availability of training examples representative of each thematic class is crucial for the success of the classification procedure. However, in real applications, due to several constraints on the sample collection process, labeled pixels are usually scarce. When analyzing an image for which those key samples are unavailable, a viable solution consists in resorting to the ground truth data of other previously acquired images. This option is attractive but several factors such as atmospheric, ground and acquisition conditions can cause radiometric differences between the images, hindering therefore the transfer of knowledge from one image to another. The goal of this Thesis is to supply remote sensing image analysts with suitable processing techniques to ensure a robust portability of the classification models across different images. The ultimate purpose is to map the land-cover classes over large spatial and temporal extents with minimal ground information. To overcome, or simply quantify, the observed shifts in the statistical distribution of the spectra of the materials, we study four approaches issued from the field of machine learning. First, we propose a strategy to intelligently sample the image of interest to collect the labels only in correspondence of the most useful pixels. This iterative routine is based on a constant evaluation of the pertinence to the new image of the initial training data actually belonging to a different image. Second, an approach to reduce the radiometric differences among the images by projecting the respective pixels in a common new data space is presented. We analyze a kernel-based feature extraction framework suited for such problems, showing that, after this relative normalization, the cross-image generalization abilities of a classifier are highly increased. Third, we test a new data-driven measure of distance between probability distributions to assess the distortions caused by differences in the acquisition geometry affecting series of multi-angle images. Also, we gauge the portability of classification models through the sequences. In both exercises, the efficacy of classic physically- and statistically-based normalization methods is discussed. Finally, we explore a new family of approaches based on sparse representations of the samples to reciprocally convert the data space of two images. The projection function bridging the images allows a synthesis of new pixels with more similar characteristics ultimately facilitating the land-cover mapping across images.

Assessment of the occurrence of nanoparticles in Swiss industry and evaluation of the appropriatenesss of the measurement devices to determine the workforce exposure

Abstract : The occupational health risk involved with handling nanoparticles is the probability that a worker will experience an adverse health effect: this is calculated as a function of the worker's exposure relative to the potential biological hazard of the material. Addressing the risks of nanoparticles requires therefore knowledge on occupational exposure and the release of nanoparticles into the environment as well as toxicological data. However, information on exposure is currently not systematically collected; therefore this risk assessment lacks quantitative data. This thesis aimed at, first creating the fundamental data necessary for a quantitative assessment and, second, evaluating methods to measure the occupational nanoparticle exposure. The first goal was to determine what is being used where in Swiss industries. This was followed by an evaluation of the adequacy of existing measurement methods to assess workplace nanopaiticle exposure to complex size distributions and concentration gradients. The study was conceived as a series of methodological evaluations aimed at better understanding nanoparticle measurement devices and methods. lt focused on inhalation exposure to airborne particles, as respiration is considered to be the most important entrance pathway for nanoparticles in the body in terms of risk. The targeted survey (pilot study) was conducted as a feasibility study for a later nationwide survey on the handling of nanoparticles and the applications of specific protection means in industry. The study consisted of targeted phone interviews with health and safety officers of Swiss companies that were believed to use or produce nanoparticles. This was followed by a representative survey on the level of nanoparticle usage in Switzerland. lt was designed based on the results of the pilot study. The study was conducted among a representative selection of clients of the Swiss National Accident Insurance Fund (SUVA), covering about 85% of Swiss production companies. The third part of this thesis focused on the methods to measure nanoparticles. Several pre- studies were conducted studying the limits of commonly used measurement devices in the presence of nanoparticle agglomerates, This focus was chosen, because several discussions with users and producers of the measurement devices raised questions about their accuracy measuring nanoparticle agglomerates and because, at the same time, the two survey studies revealed that such powders are frequently used in industry. The first preparatory experiment focused on the accuracy of the scanning mobility particle sizer (SMPS), which showed an improbable size distribution when measuring powders of nanoparticle agglomerates. Furthermore, the thesis includes a series of smaller experiments that took a closer look at problems encountered with other measurement devices in the presence of nanoparticle agglomerates: condensation particle counters (CPC), portable aerosol spectrometer (PAS) a device to estimate the aerodynamic diameter, as well as diffusion size classifiers. Some initial feasibility tests for the efficiency of filter based sampling and subsequent counting of carbon nanotubes (CNT) were conducted last. The pilot study provided a detailed picture of the types and amounts of nanoparticles used and the knowledge of the health and safety experts in the companies. Considerable maximal quantities (> l'000 kg/year per company) of Ag, Al-Ox, Fe-Ox, SiO2, TiO2, and ZnO (mainly first generation particles) were declared by the contacted Swiss companies, The median quantity of handled nanoparticles, however, was 100 kg/year. The representative survey was conducted by contacting by post mail a representative selection of l '626 SUVA-clients (Swiss Accident Insurance Fund). It allowed estimation of the number of companies and workers dealing with nanoparticles in Switzerland. The extrapolation from the surveyed companies to all companies of the Swiss production sector suggested that l'309 workers (95%-confidence interval l'073 to l'545) of the Swiss production sector are potentially exposed to nanoparticles in 586 companies (145 to l'027). These numbers correspond to 0.08% (0.06% to 0.09%) of all workers and to 0.6% (0.2% to 1.1%) of companies in the Swiss production sector. To measure airborne concentrations of sub micrometre-sized particles, a few well known methods exist. However, it was unclear how well the different instruments perform in the presence of the often quite large agglomerates of nanostructured materials. The evaluation of devices and methods focused on nanoparticle agglomerate powders. lt allowed the identification of the following potential sources of inaccurate measurements at workplaces with considerable high concentrations of airborne agglomerates: - A standard SMPS showed bi-modal particle size distributions when measuring large nanoparticle agglomerates. - Differences in the range of a factor of a thousand were shown between diffusion size classifiers and CPC/SMPS. - The comparison between CPC/SMPS and portable aerosol Spectrometer (PAS) was much better, but depending on the concentration, size or type of the powders measured, the differences were still of a high order of magnitude - Specific difficulties and uncertainties in the assessment of workplaces were identified: the background particles can interact with particles created by a process, which make the handling of background concentration difficult. - Electric motors produce high numbers of nanoparticles and confound the measurement of the process-related exposure. Conclusion: The surveys showed that nanoparticles applications exist in many industrial sectors in Switzerland and that some companies already use high quantities of them. The representative survey demonstrated a low prevalence of nanoparticle usage in most branches of the Swiss industry and led to the conclusion that the introduction of applications using nanoparticles (especially outside industrial chemistry) is only beginning. Even though the number of potentially exposed workers was reportedly rather small, it nevertheless underscores the need for exposure assessments. Understanding exposure and how to measure it correctly is very important because the potential health effects of nanornaterials are not yet fully understood. The evaluation showed that many devices and methods of measuring nanoparticles need to be validated for nanoparticles agglomerates before large exposure assessment studies can begin. Zusammenfassung : Das Gesundheitsrisiko von Nanopartikel am Arbeitsplatz ist die Wahrscheinlichkeit dass ein Arbeitnehmer einen möglichen Gesundheitsschaden erleidet wenn er diesem Stoff ausgesetzt ist: sie wird gewöhnlich als Produkt von Schaden mal Exposition gerechnet. Für eine gründliche Abklärung möglicher Risiken von Nanomaterialien müssen also auf der einen Seite Informationen über die Freisetzung von solchen Materialien in die Umwelt vorhanden sein und auf der anderen Seite solche über die Exposition von Arbeitnehmenden. Viele dieser Informationen werden heute noch nicht systematisch gesarnmelt und felilen daher für Risikoanalysen, Die Doktorarbeit hatte als Ziel, die Grundlagen zu schaffen für eine quantitative Schatzung der Exposition gegenüber Nanopartikel am Arbeitsplatz und die Methoden zu evaluieren die zur Messung einer solchen Exposition nötig sind. Die Studie sollte untersuchen, in welchem Ausmass Nanopartikel bereits in der Schweizer Industrie eingesetzt werden, wie viele Arbeitnehrner damit potentiel] in Kontakt komrrien ob die Messtechnologie für die nötigen Arbeitsplatzbelastungsmessungen bereits genügt, Die Studie folcussierte dabei auf Exposition gegenüber luftgetragenen Partikel, weil die Atmung als Haupteintrittspforte iïlr Partikel in den Körper angesehen wird. Die Doktorarbeit besteht baut auf drei Phasen auf eine qualitative Umfrage (Pilotstudie), eine repräsentative, schweizerische Umfrage und mehrere technische Stndien welche dem spezitischen Verständnis der Mëglichkeiten und Grenzen einzelner Messgeräte und - teclmikeri dienen. Die qualitative Telephonumfrage wurde durchgeführt als Vorstudie zu einer nationalen und repräsentativen Umfrage in der Schweizer Industrie. Sie zielte auf Informationen ab zum Vorkommen von Nanopartikeln, und den angewendeten Schutzmassnahmen. Die Studie bestand aus gezielten Telefoninterviews mit Arbeit- und Gesundheitsfachpersonen von Schweizer Unternehmen. Die Untemehmen wurden aufgrund von offentlich zugànglichen lnformationen ausgewählt die darauf hinwiesen, dass sie mit Nanopartikeln umgehen. Der zweite Teil der Dolctorarbeit war die repräsentative Studie zur Evalniernng der Verbreitnng von Nanopaitikelanwendungen in der Schweizer lndustrie. Die Studie baute auf lnformationen der Pilotstudie auf und wurde mit einer repräsentativen Selektion von Firmen der Schweizerischen Unfall Versicherungsanstalt (SUVA) durchgeüihxt. Die Mehrheit der Schweizerischen Unternehmen im lndustrieselctor wurde damit abgedeckt. Der dritte Teil der Doktorarbeit fokussierte auf die Methodik zur Messung von Nanopartikeln. Mehrere Vorstudien wurden dnrchgefîihrt, um die Grenzen von oft eingesetzten Nanopartikelmessgeräten auszuloten, wenn sie grösseren Mengen von Nanopartikel Agglomeraten ausgesetzt messen sollen. Dieser F okns wurde ans zwei Gründen gewählt: weil mehrere Dislcussionen rnit Anwendem und auch dem Produzent der Messgeràte dort eine Schwachstelle vermuten liessen, welche Zweifel an der Genauigkeit der Messgeräte aufkommen liessen und weil in den zwei Umfragestudien ein häufiges Vorkommen von solchen Nanopartikel-Agglomeraten aufgezeigt wurde. i Als erstes widmete sich eine Vorstndie der Genauigkeit des Scanning Mobility Particle Sizer (SMPS). Dieses Messgerät zeigte in Präsenz von Nanopartikel Agglorneraten unsinnige bimodale Partikelgrössenverteilung an. Eine Serie von kurzen Experimenten folgte, welche sich auf andere Messgeräte und deren Probleme beim Messen von Nanopartikel-Agglomeraten konzentrierten. Der Condensation Particle Counter (CPC), der portable aerosol spectrometer (PAS), ein Gerät zur Schàtzung des aerodynamischen Durchniessers von Teilchen, sowie der Diffusion Size Classifier wurden getestet. Einige erste Machbarkeitstests zur Ermittlnng der Effizienz von tilterbasierter Messung von luftgetragenen Carbon Nanotubes (CNT) wnrden als letztes durchgeiührt. Die Pilotstudie hat ein detailliiertes Bild der Typen und Mengen von genutzten Nanopartikel in Schweizer Unternehmen geliefert, und hat den Stand des Wissens der interviewten Gesundheitsschntz und Sicherheitsfachleute aufgezeigt. Folgende Typen von Nanopaitikeln wurden von den kontaktierten Firmen als Maximalmengen angegeben (> 1'000 kg pro Jahr / Unternehrnen): Ag, Al-Ox, Fe-Ox, SiO2, TiO2, und ZnO (hauptsächlich Nanopartikel der ersten Generation). Die Quantitäten von eingesetzten Nanopartikeln waren stark verschieden mit einem ein Median von 100 kg pro Jahr. ln der quantitativen Fragebogenstudie wurden l'626 Unternehmen brieflich kontaktiert; allesamt Klienten der Schweizerischen Unfallversicherringsanstalt (SUVA). Die Resultate der Umfrage erlaubten eine Abschätzung der Anzahl von Unternehmen und Arbeiter, welche Nanopartikel in der Schweiz anwenden. Die Hochrechnung auf den Schweizer lndnstriesektor hat folgendes Bild ergeben: ln 586 Unternehmen (95% Vertrauensintervallz 145 bis 1'027 Unternehmen) sind 1'309 Arbeiter potentiell gegenüber Nanopartikel exponiert (95%-Vl: l'073 bis l'545). Diese Zahlen stehen für 0.6% der Schweizer Unternehmen (95%-Vl: 0.2% bis 1.1%) und 0.08% der Arbeiternehmerschaft (95%-V1: 0.06% bis 0.09%). Es gibt einige gut etablierte Technologien um die Luftkonzentration von Submikrometerpartikel zu messen. Es besteht jedoch Zweifel daran, inwiefern sich diese Technologien auch für die Messurrg von künstlich hergestellten Nanopartikeln verwenden lassen. Aus diesem Grund folcussierten die vorbereitenden Studien für die Arbeitsplatzbeurteilnngen auf die Messung von Pulverri, welche Nan0partike1-Agg10merate enthalten. Sie erlaubten die ldentifikation folgender rnöglicher Quellen von fehlerhaften Messungen an Arbeitsplätzen mit erhöhter Luft-K0nzentrati0n von Nanopartikel Agglomeratenz - Ein Standard SMPS zeigte eine unglaubwürdige bimodale Partikelgrössenverteilung wenn er grössere Nan0par'til<e1Agg10merate gemessen hat. - Grosse Unterschiede im Bereich von Faktor tausend wurden festgestellt zwischen einem Diffusion Size Classiîier und einigen CPC (beziehungsweise dem SMPS). - Die Unterschiede zwischen CPC/SMPS und dem PAS waren geringer, aber abhängig von Grosse oder Typ des gemessenen Pulvers waren sie dennoch in der Grössenordnung von einer guten Grössenordnung. - Spezifische Schwierigkeiten und Unsicherheiten im Bereich von Arbeitsplatzmessungen wurden identitiziert: Hintergrundpartikel können mit Partikeln interagieren die während einem Arbeitsprozess freigesetzt werden. Solche Interaktionen erschweren eine korrekte Einbettung der Hintergrunds-Partikel-Konzentration in die Messdaten. - Elektromotoren produzieren grosse Mengen von Nanopartikeln und können so die Messung der prozessbezogenen Exposition stören. Fazit: Die Umfragen zeigten, dass Nanopartikel bereits Realitàt sind in der Schweizer Industrie und dass einige Unternehmen bereits grosse Mengen davon einsetzen. Die repräsentative Umfrage hat diese explosive Nachricht jedoch etwas moderiert, indem sie aufgezeigt hat, dass die Zahl der Unternehmen in der gesamtschweizerischen Industrie relativ gering ist. In den meisten Branchen (vor allem ausserhalb der Chemischen Industrie) wurden wenig oder keine Anwendungen gefunden, was schliessen last, dass die Einführung dieser neuen Technologie erst am Anfang einer Entwicklung steht. Auch wenn die Zahl der potentiell exponierten Arbeiter immer noch relativ gering ist, so unterstreicht die Studie dennoch die Notwendigkeit von Expositionsmessungen an diesen Arbeitsplätzen. Kenntnisse um die Exposition und das Wissen, wie solche Exposition korrekt zu messen, sind sehr wichtig, vor allem weil die möglichen Auswirkungen auf die Gesundheit noch nicht völlig verstanden sind. Die Evaluation einiger Geräte und Methoden zeigte jedoch, dass hier noch Nachholbedarf herrscht. Bevor grössere Mess-Studien durgefîihrt werden können, müssen die Geräte und Methodem für den Einsatz mit Nanopartikel-Agglomeraten validiert werden.

Comparison between artificial neural networks and maximum likelihood classification in digital soil mapping

Soil surveys are the main source of spatial information on soils and have a range of different applications, mainly in agriculture. The continuity of this activity has however been severely compromised, mainly due to a lack of governmental funding. The purpose of this study was to evaluate the feasibility of two different classifiers (artificial neural networks and a maximum likelihood algorithm) in the prediction of soil classes in the northwest of the state of Rio de Janeiro. Terrain attributes such as elevation, slope, aspect, plan curvature and compound topographic index (CTI) and indices of clay minerals, iron oxide and Normalized Difference Vegetation Index (NDVI), derived from Landsat 7 ETM+ sensor imagery, were used as discriminating variables. The two classifiers were trained and validated for each soil class using 300 and 150 samples respectively, representing the characteristics of these classes in terms of the discriminating variables. According to the statistical tests, the accuracy of the classifier based on artificial neural networks (ANNs) was greater than of the classic Maximum Likelihood Classifier (MLC). Comparing the results with 126 points of reference showed that the resulting ANN map (73.81 %) was superior to the MLC map (57.94 %). The main errors when using the two classifiers were caused by: a) the geological heterogeneity of the area coupled with problems related to the geological map; b) the depth of lithic contact and/or rock exposure, and c) problems with the environmental correlation model used due to the polygenetic nature of the soils. This study confirms that the use of terrain attributes together with remote sensing data by an ANN approach can be a tool to facilitate soil mapping in Brazil, primarily due to the availability of low-cost remote sensing data and the ease by which terrain attributes can be obtained.

Auditory perceptual decision-making based on semantic categorization of environmental sounds.

Discriminating complex sounds relies on multiple stages of differential brain activity. The specific roles of these stages and their links to perception were the focus of the present study. We presented 250ms duration sounds of living and man-made objects while recording 160-channel electroencephalography (EEG). Subjects categorized each sound as that of a living, man-made or unknown item. We tested whether/when the brain discriminates between sound categories even when not transpiring behaviorally. We applied a single-trial classifier that identified voltage topographies and latencies at which brain responses are most discriminative. For sounds that the subjects could not categorize, we could successfully decode the semantic category based on differences in voltage topographies during the 116-174ms post-stimulus period. Sounds that were correctly categorized as that of a living or man-made item by the same subjects exhibited two periods of differences in voltage topographies at the single-trial level. Subjects exhibited differential activity before the sound ended (starting at 112ms) and on a separate period at ~270ms post-stimulus onset. Because each of these periods could be used to reliably decode semantic categories, we interpreted the first as being related to an implicit tuning for sound representations and the second as being linked to perceptual decision-making processes. Collectively, our results show that the brain discriminates environmental sounds during early stages and independently of behavioral proficiency and that explicit sound categorization requires a subsequent processing stage.

Artificial neural networks applied for soil class prediction in mountainous landscape of the Serra do Mar¹

Soil information is needed for managing the agricultural environment. The aim of this study was to apply artificial neural networks (ANNs) for the prediction of soil classes using orbital remote sensing products, terrain attributes derived from a digital elevation model and local geology information as data sources. This approach to digital soil mapping was evaluated in an area with a high degree of lithologic diversity in the Serra do Mar. The neural network simulator used in this study was JavaNNS and the backpropagation learning algorithm. For soil class prediction, different combinations of the selected discriminant variables were tested: elevation, declivity, aspect, curvature, curvature plan, curvature profile, topographic index, solar radiation, LS topographic factor, local geology information, and clay mineral indices, iron oxides and the normalized difference vegetation index (NDVI) derived from an image of a Landsat-7 Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM+) sensor. With the tested sets, best results were obtained when all discriminant variables were associated with geological information (overall accuracy 93.2 - 95.6 %, Kappa index 0.924 - 0.951, for set 13). Excluding the variable profile curvature (set 12), overall accuracy ranged from 93.9 to 95.4 % and the Kappa index from 0.932 to 0.948. The maps based on the neural network classifier were consistent and similar to conventional soil maps drawn for the study area, although with more spatial details. The results show the potential of ANNs for soil class prediction in mountainous areas with lithological diversity.