Controlo de qualidade e inspeção visual por imagem: definição de uma aplicação para registo de alterações e avaliação de desempenho

Dissertação de mestrado em Engenharia e Gestão da Qualidade

Cell Adhesion Peptide RGDSP and Laminin Support Proliferation and Migration of Postnatal Retinal Stem Cells in a 3D Hydrogel Culture System

Purpose: Retinal stem cells (RSCs) can be isolated from radial glia population of the newborn mouse retina (Angénieux et al., 2006). These RSCs have great capacity to renew and generate neurons including cells differentiated towards the photoreceptor lineage (Mehri-Soussi et al., 2006). However, our published results showed poor integration and survival rate after cell grafting into the retina. The uncontrollable environment of retina seems to be the problem. To bypass this, we are trying to generate hemi-retinal tissue in vitro that can be used for transplantation. Methods: Expanded RSCs were seeded in a mixture of poly-ethylene-glycol (PEG)-polymer-based hydrogels crosslinked by peptides that also serve as substrates for matrix metalloproteinases. Different doses of crosslinker peptides were tested. Several growth factors were studied to stimulate cell proliferation and differentiation. Results: Cells were trapped in hydrogels and cultured in the presence of FGF2 and EGF. Spherical cell clusters indicating proliferation appeared within several days, but there was no cell migration within the gel. We then added cell adhesion molecules integrin ligand RGDSP, or laminin, or a combination of both, into the gel. Cells grown with laminin showed the best proliferation. Cells grown with RGDSP proliferated a few times and then started to spread out. Cells grown with the combination of RGDSP and laminin showed better proliferation than with RGDSP alone and larger spread-outs than with laminin alone. After stimulations with first FGF2 and EGF, and then only FGF2, some cells showed neuronal morphology after 2 weeks. The neuronal population was assessed by the presence of neuronal marker b-tubulin-III. Glial cells were also present. Further characterizations are undergoing. Conclusions: RSC can grow and migrate in 3D hydrogel with the addition of FGF2, EGF, RGDSP and laminin. Further developments are necessary to form a homogenous tissue containing retinal cells.

Modified Corneal Collagen Crosslinking (CXL) Reduces Corneal Edema and Diurnal Visual Fluctuations in Fuchs' Dystrophy

Purpose: Crosslinking of corneal collagen with riboflavin and ultraviolet-A irradiation (CXL) induces crosslinks within and between collagen fibers. CXL increases corneal biomechanical and biochemical stability and is currently used clinically to treat keratectasia. CXL also significantly reduces the stromal swelling capacity. We investigated whether a modified CXL treatment protocol would be beneficial in early Fuchs' dystrophy with various degrees of corneal edema and diurnal variations in visual acuity. Methods: CXL was performed as published previously with the following modification: in cases where the stroma was thicker than 450 µm after abrasion and 30 minutes of instillation of isoosmolar riboflavin solution, glycerol 70% solution was applied every 5 seconds for two minutes, and central corneal thickness (CCT) was measured using ultrasound pachymetry. Glycerol 70% solution was administered repeatedly until the target corneal thickness of 370-430 µm was reached. During irradiation, CCT was monitored by ultrasound pachymetry every five minutes and glycerol 70% solution was applied, if necessary. Results: Three eyes in two patients were treated using the modified CXL protocol. Representative case: a 50-year-old woman with Fuchs' dystrophy and a history of 3 years of diurnal visual fluctuations was referred to us in March 2008. Preoperative best spectacle-corrected visual acuity (BSCVA) was 20/50. We performed modified CXL in the left eye. At one month after CXL, Scheimpflug analysis of CCT showed a reduction of more than 100 µm, and the Corneal Thickness Spatial Profile (CTSP) and Percentage of Increase in Thickness (PIT) showed a regularization of the "flattening" typical for Fuchs' dystrophy. Accordingly, diurnal analysis of corneal thickness showed a distinct postoperative reduction in CCT at all time points measured. At one month after CXL, the patient reported a reduction of diurnal visual fluctuations and we measured an increase in BSCVA to 20/32. The patient showed stable topographical and visual acuity at the three months follow-up. Conclusions: We saw a distinct reduction in CCT, an improvement of the corneal thickness spatial profile (CTSP) and an increase in BSCVA at one month after treatment, which remained stable at the three months follow-up. Patients with early Fuchs' dystrophy and disturbing diurnal visual fluctuations represent a novel application for CXL. Although CXL may not prevent the outcome of the dystrophy, it may increase the patients' visual comfort until keratoplasty becomes necessary.

Visual functions in the healthy and schizophrenic brain : from stimulus control to illusory perceptions using electrical neuroimaging

ABSTRACT (FRENCH)Ce travail de thèse basé sur le système visuel chez les sujets sains et chez les patients schizophrènes, s'articule autour de trois articles scientifiques publiés ou en cours de publication. Ces articles traitent des sujets suivants : le premier article présente une nouvelle méthode de traitement des composantes physiques des stimuli (luminance et fréquence spatiale). Le second article montre, à l'aide d'analyses de données EEG, un déficit de la voie magnocellulaire dans le traitement visuel des illusions chez les patients schizophrènes. Ceci est démontré par l'absence de modulation de la composante PI chez les patients schizophrènes contrairement aux sujets sains. Cette absence est induite par des stimuli de type illusion Kanizsa de différentes excentricités. Finalement, le troisième article, également à l'aide de méthodes de neuroimagerie électrique (EEG), montre que le traitement des contours illusoires se trouve dans le complexe latéro-occipital (LOC), à l'aide d'illusion « misaligned gratings ». De plus il révèle que les activités démontrées précédemment dans les aires visuelles primaires sont dues à des inférences « top- down ».Afin de permettre la compréhension de ces trois articles, l'introduction de ce manuscrit présente les concepts essentiels. De plus des méthodes d'analyses de temps-fréquence sont présentées. L'introduction est divisée en quatre parties : la première présente le système visuel depuis les cellules retino-corticales aux deux voix du traitement de l'information en passant par les régions composant le système visuel. La deuxième partie présente la schizophrénie par son diagnostic, ces déficits de bas niveau de traitement des stimuli visuel et ces déficits cognitifs. La troisième partie présente le traitement des contours illusoires et les trois modèles utilisés dans le dernier article. Finalement, les méthodes de traitement des données EEG seront explicitées, y compris les méthodes de temps-fréquences.Les résultats des trois articles sont présentés dans le chapitre éponyme (du même nom). De plus ce chapitre comprendra les résultats obtenus à l'aide des méthodes de temps-fréquenceFinalement, la discussion sera orientée selon trois axes : les méthodes de temps-fréquence ainsi qu'une proposition de traitement de ces données par une méthode statistique indépendante de la référence. La discussion du premier article en montrera la qualité du traitement de ces stimuli. La discussion des deux articles neurophysiologiques, proposera de nouvelles d'expériences afin d'affiner les résultats actuels sur les déficits des schizophrènes. Ceci pourrait permettre d'établir un marqueur biologique fiable de la schizophrénie.ABSTRACT (ENGLISH)This thesis focuses on the visual system in healthy subjects and schizophrenic patients. To address this research, advanced methods of analysis of electroencephalographic (EEG) data were used and developed. This manuscript is comprised of three scientific articles. The first article showed a novel method to control the physical features of visual stimuli (luminance and spatial frequencies). The second article showed, using electrical neuroimaging of EEG, a deficit in spatial processing associated with the dorsal pathway in chronic schizophrenic patients. This deficit was elicited by an absent modulation of the PI component in terms of response strength and topography as well as source estimations. This deficit was orthogonal to the preserved ability to process Kanizsa-type illusory contours. Finally, the third article resolved ongoing debates concerning the neural mechanism mediating illusory contour sensitivity by using electrical neuroimaging to show that the first differentiation of illusory contour presence vs. absence is localized within the lateral occipital complex. This effect was subsequent to modulations due to the orientation of misaligned grating stimuli. Collectively, these results support a model where effects in V1/V2 are mediated by "top-down" modulation from the LOC.To understand these three articles, the Introduction of this thesis presents the major concepts used in these articles. Additionally, a section is devoted to time-frequency analysis methods not presented in the articles themselves. The introduction is divided in four parts. The first part presents three aspects of the visual system: cellular, regional, and its functional interactions. The second part presents an overview of schizophrenia and its sensoiy-cognitive deficits. The third part presents an overview of illusory contour processing and the three models examined in the third article. Finally, advanced analysis methods for EEG are presented, including time- frequency methodology.The Introduction is followed by a synopsis of the main results in the articles as well as those obtained from the time-frequency analyses.Finally, the Discussion chapter is divided along three axes. The first axis discusses the time frequency analysis and proposes a novel statistical approach that is independent of the reference. The second axis contextualizes the first article and discusses the quality of the stimulus control and direction for further improvements. Finally, both neurophysiologic articles are contextualized by proposing future experiments and hypotheses that may serve to improve our understanding of schizophrenia on the one hand and visual functions more generally.

Reproducibility of species lists, visual cover estimates and frequency methods for recording high mountain vegetation

Question: When multiple observers record the same spatial units of alpine vegetation, how much variation is there in the records and what are the consequences of this variation for monitoring schemes to detect change? Location: One test summit in Switzerland (Alps) and one test summit in Scotland (Cairngorm Mountains). Method: Eight observers used the GLORIA protocols for species composition and visual cover estimates in percent on large summit sections (>100 m2) and species composition and frequency in nested quadrats (1 m2). Results: The multiple records from the same spatial unit for species composition and species cover showed considerable variation in the two countries. Estimates of pseudoturnover of composition and coefficients of variation of cover estimates for vascular plant species in 1m x 1m quadrats showed less variation than in previously published reports whereas our results in larger sections were broadly in line with previous reports. In Scotland, estimates for bryophytes and lichens were more variable than for vascular plants. Conclusions: Statistical power calculations indicated that, unless large numbers of plots were used, changes in cover or frequency were only likely to be detected for abundant species (exceeding 10% cover) or if relative changes were large (50% or more). Lower variation could be reached with the point methods and with larger numbers of small plots. However, as summits often strongly differ from each other, supplementary summits cannot be considered as a way of increasing statistical power without introducing a supplementary component of variance into the analysis and hence the power calculations.

JPEG standard uniform quantization error modeling with applications to sequential and progressive operation modes

In this paper we propose a method for computing JPEG quantization matrices for a given mean square error or PSNR. Then, we employ our method to compute JPEG standard progressive operation mode definition scripts using a quantization approach. Therefore, it is no longer necessary to use a trial and error procedure to obtain a desired PSNR and/or definition script, reducing cost. Firstly, we establish a relationship between a Laplacian source and its uniform quantization error. We apply this model to the coefficients obtained in the discrete cosine transform stage of the JPEG standard. Then, an image may be compressed using the JPEG standard under a global MSE (or PSNR) constraint and a set of local constraints determined by the JPEG standard and visual criteria. Secondly, we study the JPEG standard progressive operation mode from a quantization based approach. A relationship between the measured image quality at a given stage of the coding process and a quantization matrix is found. Thus, the definition script construction problem can be reduced to a quantization problem. Simulations show that our method generates better quantization matrices than the classical method based on scaling the JPEG default quantization matrix. The estimation of PSNR has usually an error smaller than 1 dB. This figure decreases for high PSNR values. Definition scripts may be generated avoiding an excessive number of stages and removing small stages that do not contribute during the decoding process with a noticeable image quality improvement.

Measurement Problems and Problem-Solving in Kraft Pulping

Tämän työn tarkoituksena on koota yhteen selluprosessin mittausongelmat ja mahdolliset mittaustekniikat ongelmien ratkaisemiseksi. Pääpaino on online-mittaustekniikoissa. Työ koostuu kolmesta osasta. Ensimmäinen osa on kirjallisuustyö, jossa esitellään nykyaikaisen selluprosessin perusmittaukset ja säätötarpeet. Mukana on koko kuitulinja puunkäsittelystä valkaisuun ja kemikaalikierto: haihduttamo, soodakattila, kaustistamo ja meesauuni. Toisessa osassa mittausongelmat ja mahdolliset mittaustekniikat on koottu yhteen ”tiekartaksi”. Tiedot on koottu vierailemalla kolmella suomalaisella sellutehtaalla ja haastattelemalla laitetekniikka- ja mittaustekniikka-asiantuntijoita. Prosessikemian paremmalle ymmärtämiselle näyttää haastattelun perusteella olevan tarvetta, minkä vuoksi konsentraatiomittaukset on valittu jatkotutkimuskohteeksi. Viimeisessä osassa esitellään mahdollisia mittaustekniikoita konsentraatiomittausten ratkaisemiseksi. Valitut tekniikat ovat lähi-infrapunatekniikka (NIR), fourier-muunnosinfrapunatekniikka (FTIR), online-kapillaarielektroforeesi (CE) ja laserindusoitu plasmaemissiospektroskopia (LIPS). Kaikkia tekniikoita voi käyttää online-kytkettyinä prosessikehitystyökaluina. Kehityskustannukset on arvioitu säätöön kytketylle online-laitteelle. Kehityskustannukset vaihtelevat nollasta miestyövuodesta FTIR-tekniikalle viiteen miestyövuoteen CE-laitteelle; kehityskustannukset riippuvat tekniikan kehitysasteesta ja valmiusasteesta tietyn ongelman ratkaisuun. Työn viimeisessä osassa arvioidaan myös yhden mittausongelman – pesuhäviömittauksen – ratkaisemisen teknis-taloudellista kannattavuutta. Ligniinipitoisuus kuvaisi nykyisiä mittauksia paremmin todellista pesuhäviötä. Nykyään mitataan joko natrium- tai COD-pesuhäviötä. Ligniinipitoisuutta voidaan mitata UV-absorptiotekniikalla. Myös CE-laitetta voitaisiin käyttää pesuhäviön mittauksessa ainakin prosessikehitysvaiheessa. Taloudellinen tarkastelu pohjautuu moniin yksinkertaistuksiin ja se ei sovellu suoraan investointipäätösten tueksi. Parempi mittaus- ja säätöjärjestelmä voisi vakauttaa pesemön ajoa. Investointi ajoa vakauttavaan järjestelmään on kannattavaa, jos todellinen ajotilanne on tarpeeksi kaukana kustannusminimistä tai jos pesurin ajo heilahtelee eli pesuhäviön keskihajonta on suuri. 50 000 € maksavalle mittaus- ja säätöjärjestelmälle saadaan alle 0,5 vuoden takaisinmaksuaika epävakaassa ajossa, jos COD-pesuhäviön vaihteluväli on 5,2 – 11,6 kg/odt asetusarvon ollessa 8,4 kg/odt. Laimennuskerroin vaihtelee tällöin välillä 1,7 – 3,6 m3/odt asetusarvon ollessa 2,5 m3/odt.

Spinal cord injury affects the interplay between visual and sensorimotor representations of the body.

The brain integrates multiple sensory inputs, including somatosensory and visual inputs, to produce a representation of the body. Spinal cord injury (SCI) interrupts the communication between brain and body and the effects of this deafferentation on body representation are poorly understood. We investigated whether the relative weight of somatosensory and visual frames of reference for body representation is altered in individuals with incomplete or complete SCI (affecting lower limbs' somatosensation), with respect to controls. To study the influence of afferent somatosensory information on body representation, participants verbally judged the laterality of rotated images of feet, hands, and whole-bodies (mental rotation task) in two different postures (participants' body parts were hidden from view). We found that (i) complete SCI disrupts the influence of postural changes on the representation of the deafferented body parts (feet, but not hands) and (ii) regardless of posture, whole-body representation progressively deteriorates proportionally to SCI completeness. These results demonstrate that the cortical representation of the body is dynamic, responsive, and adaptable to contingent conditions, in that the role of somatosensation is altered and partially compensated with a change in the relative weight of somatosensory versus visual bodily representations.

Visual impairment and multimorbidity in a representative sample of the Spanish population

BACKGROUND: In the context of population aging, visual impairment has emerged as a growing concern in public health. However, there is a need for further research into the relationship between visual impairment and chronic medical conditions in the elderly. The aim of our study was to examine the relationship between visual impairment and three main types of co-morbidity: chronic physical conditions (both at an independent and additive level), mental health and cognitive functioning. METHODS: Data were collected from the COURAGE in Europe project, a cross-sectional study. A total of 4,583 participants from Spain were included. Diagnosis of chronic medical conditions included self-reported medical diagnosis and symptomatic algorithms. Depression and anxiety were assessed using CIDI algorithms. Visual assessment included objective distance/near visual acuity and subjective visual performance. Descriptive analyses included the whole sample (n = 4,583). Statistical analyses included participants aged over 50 years (n = 3,625; mean age = 66.45 years) since they have a significant prevalence of chronic conditions and visual impairment. Crude and adjusted binary logistic regressions were performed to identify independent associations between visual impairment and chronic medical conditions, physical multimorbidity and mental conditions. Covariates included age, gender, marital status, education level, employment status and urbanicity. RESULTS: The number of chronic physical conditions was found to be associated with poorer results in both distance and near visual acuity [OR 1.75 (CI 1.38-2.23); OR 1.69 (CI 1.27-2.24)]. At an independent level, arthritis, stroke and diabetes were associated with poorer distance visual acuity results after adjusting for covariates [OR 1.79 (CI 1.46-2.21); OR 1.59 (CI 1.05-2.42); OR 1.27 (1.01-1.60)]. Only stroke was associated with near visual impairment [OR 3.01 (CI 1.86-4.87)]. With regard to mental health, poor subjective visual acuity was associated with depression [OR 1.61 (CI 1.14-2.27); OR 1.48 (CI 1.03-2.13)]. Both objective and subjective poor distance and near visual acuity were associated with worse cognitive functioning. CONCLUSIONS: Arthritis, stroke and the co-occurrence of various chronic physical diseases are associated with higher prevalence of visual impairment. Visual impairment is associated with higher prevalence of depression and poorer cognitive function results. There is a need to implement patient-centered care involving special visual assessment in these cases.

Signaled two-way avoidance learning using electrical stimulation of the inferior colliculus as negative reinforcement: effects of visual and auditory cues as warning stimuli

The inferior colliculus is a primary relay for the processing of auditory information in the brainstem. The inferior colliculus is also part of the so-called brain aversion system as animals learn to switch off the electrical stimulation of this structure. The purpose of the present study was to determine whether associative learning occurs between aversion induced by electrical stimulation of the inferior colliculus and visual and auditory warning stimuli. Rats implanted with electrodes into the central nucleus of the inferior colliculus were placed inside an open-field and thresholds for the escape response to electrical stimulation of the inferior colliculus were determined. The rats were then placed inside a shuttle-box and submitted to a two-way avoidance paradigm. Electrical stimulation of the inferior colliculus at the escape threshold (98.12 ± 6.15 (A, peak-to-peak) was used as negative reinforcement and light or tone as the warning stimulus. Each session consisted of 50 trials and was divided into two segments of 25 trials in order to determine the learning rate of the animals during the sessions. The rats learned to avoid the inferior colliculus stimulation when light was used as the warning stimulus (13.25 ± 0.60 s and 8.63 ± 0.93 s for latencies and 12.5 ± 2.04 and 19.62 ± 1.65 for frequencies in the first and second halves of the sessions, respectively, P<0.01 in both cases). No significant changes in latencies (14.75 ± 1.63 and 12.75 ± 1.44 s) or frequencies of responses (8.75 ± 1.20 and 11.25 ± 1.13) were seen when tone was used as the warning stimulus (P>0.05 in both cases). Taken together, the present results suggest that rats learn to avoid the inferior colliculus stimulation when light is used as the warning stimulus. However, this learning process does not occur when the neutral stimulus used is an acoustic one. Electrical stimulation of the inferior colliculus may disturb the signal transmission of the stimulus to be conditioned from the inferior colliculus to higher brain structures such as amygdala

The effect of calculators on the numerical problem-solving skills and attitudes of primary students towards mathematics /

The purpose of this study was to determine the effect that calculators have on the attitudes and numerical problem-solving skills of primary students. The sample used for this research was one of convenience. The sample consisted of two grade 3 classes within the York Region District School Board. The students in the experimental group used calculators for this problem-solving unit. The students in the control group completed the same numerical problem-solving unit without the use of calculators. The pretest-posttest control group design was used for this study. All students involved in this study completed a computational pretest and an attitude pretest. At the end of the study, the students completed a computational posttest. Five students from the experimental group and five students from the control group received their posttests in the form of a taped interview. At the end of the unit, all students completed the attitude scale that they had received before the numerical problem-solving unit once again. Data for qualitative analysis included anecdotal observations, journal entries, and transcribed interviews. The constant comparative method was used to analyze the qualitative data. A t test was also performed on the data to determine whether there were changes in test and attitude scores between the control and experimental group. Overall, the findings of this study support the hypothesis that calculators improve the attitudes of primary students toward mathematics. Also, there is some evidence to suggest that calculators improve the computational skills of grade 3 students.

Automatic Structure Generation using Genetic Programming and Fractal Geometry

Three dimensional model design is a well-known and studied field, with numerous real-world applications. However, the manual construction of these models can often be time-consuming to the average user, despite the advantages o ffered through computational advances. This thesis presents an approach to the design of 3D structures using evolutionary computation and L-systems, which involves the automated production of such designs using a strict set of fitness functions. These functions focus on the geometric properties of the models produced, as well as their quantifiable aesthetic value - a topic which has not been widely investigated with respect to 3D models. New extensions to existing aesthetic measures are discussed and implemented in the presented system in order to produce designs which are visually pleasing. The system itself facilitates the construction of models requiring minimal user initialization and no user-based feedback throughout the evolutionary cycle. The genetic programming evolved models are shown to satisfy multiple criteria, conveying a relationship between their assigned aesthetic value and their perceived aesthetic value. Exploration into the applicability and e ffectiveness of a multi-objective approach to the problem is also presented, with a focus on both performance and visual results. Although subjective, these results o er insight into future applications and study in the fi eld of computational aesthetics and automated structure design.

Redundancy gain : manifestations, causes and predictions

Les temps de réponse dans une tache de reconnaissance d’objets visuels diminuent de façon significative lorsque les cibles peuvent être distinguées à partir de deux attributs redondants. Le gain de redondance pour deux attributs est un résultat commun dans la littérature, mais un gain causé par trois attributs redondants n’a été observé que lorsque ces trois attributs venaient de trois modalités différentes (tactile, auditive et visuelle). La présente étude démontre que le gain de redondance pour trois attributs de la même modalité est effectivement possible. Elle inclut aussi une investigation plus détaillée des caractéristiques du gain de redondance. Celles-ci incluent, outre la diminution des temps de réponse, une diminution des temps de réponses minimaux particulièrement et une augmentation de la symétrie de la distribution des temps de réponse. Cette étude présente des indices que ni les modèles de course, ni les modèles de coactivation ne sont en mesure d’expliquer l’ensemble des caractéristiques du gain de redondance. Dans ce contexte, nous introduisons une nouvelle méthode pour évaluer le triple gain de redondance basée sur la performance des cibles doublement redondantes. Le modèle de cascade est présenté afin d’expliquer les résultats de cette étude. Ce modèle comporte plusieurs voies de traitement qui sont déclenchées par une cascade d’activations avant de satisfaire un seul critère de décision. Il offre une approche homogène aux recherches antérieures sur le gain de redondance. L’analyse des caractéristiques des distributions de temps de réponse, soit leur moyenne, leur symétrie, leur décalage ou leur étendue, est un outil essentiel pour cette étude. Il était important de trouver un test statistique capable de refléter les différences au niveau de toutes ces caractéristiques. Nous abordons la problématique d’analyser les temps de réponse sans perte d’information, ainsi que l’insuffisance des méthodes d’analyse communes dans ce contexte, comme grouper les temps de réponses de plusieurs participants (e. g. Vincentizing). Les tests de distributions, le plus connu étant le test de Kolmogorov- Smirnoff, constituent une meilleure alternative pour comparer des distributions, celles des temps de réponse en particulier. Un test encore inconnu en psychologie est introduit : le test d’Anderson-Darling à deux échantillons. Les deux tests sont comparés, et puis nous présentons des indices concluants démontrant la puissance du test d’Anderson-Darling : en comparant des distributions qui varient seulement au niveau de (1) leur décalage, (2) leur étendue, (3) leur symétrie, ou (4) leurs extrémités, nous pouvons affirmer que le test d’Anderson-Darling reconnait mieux les différences. De plus, le test d’Anderson-Darling a un taux d’erreur de type I qui correspond exactement à l’alpha tandis que le test de Kolmogorov-Smirnoff est trop conservateur. En conséquence, le test d’Anderson-Darling nécessite moins de données pour atteindre une puissance statistique suffisante.

Cholinergic enhancement of perceptual learning : behavioral, physiological, and neuro-pharmacological study in the rat primary visual cortex

Les cortices sensoriels sont des régions cérébrales essentielles pour la perception. En particulier, le cortex visuel traite l’information visuelle en provenance de la rétine qui transite par le thalamus. Les neurones sont les unités fonctionnelles qui transforment l'information sensorielle en signaux électriques, la transfèrent vers le cortex et l'intègrent. Les neurones du cortex visuel sont spécialisés et analysent différents aspects des stimuli visuels. La force des connections entre les neurones peut être modulée par la persistance de l'activité pré-synaptique et induit une augmentation ou une diminution du signal post-synaptique à long terme. Ces modifications de la connectivité synaptique peuvent induire la réorganisation de la carte corticale, c’est à dire la représentation de ce stimulus et la puissance de son traitement cortical. Cette réorganisation est connue sous le nom de plasticité corticale. Elle est particulièrement active durant la période de développement, mais elle s’observe aussi chez l’adulte, par exemple durant l’apprentissage. Le neurotransmetteur acétylcholine (ACh) est impliqué dans de nombreuses fonctions cognitives telles que l’apprentissage ou l’attention et il est important pour la plasticité corticale. En particulier, les récepteurs nicotiniques et muscariniques du sous-type M1 et M2 sont les récepteurs cholinergiques impliqués dans l’induction de la plasticité corticale. L’objectif principal de la présente thèse est de déterminer les mécanismes de plasticité corticale induits par la stimulation du système cholinergique au niveau du télencéphale basal et de définir les effets sur l’amélioration de la perception sensorielle. Afin d’induire la plasticité corticale, j’ai jumelé des stimulations visuelles à des injections intracorticales d’agoniste cholinergique (carbachol) ou à une stimulation du télencéphale basal (neurones cholinergiques qui innervent le cortex visuel primaire). J'ai analysé les potentiels évoqués visuels (PEVs) dans le cortex visuel primaire des rats pendant 4 à 8 heures après le couplage. Afin de préciser l’action de l’ACh sur l’activité des PEVs dans V1, j’ai injecté individuellement l’antagoniste des récepteurs muscariniques, nicotiniques, α7 ou NMDA avant l’infusion de carbachol. La stimulation du système cholinergique jumelée avec une stimulation visuelle augmente l’amplitude des PEVs durant plus de 8h. Le blocage des récepteurs muscarinique, nicotinique et NMDA abolit complètement cette amélioration, tandis que l’inhibition des récepteurs α7 a induit une augmentation instantanée des PEVs. Ces résultats suggèrent que l'ACh facilite à long terme la réponse aux stimuli visuels et que cette facilitation implique les récepteurs nicotiniques, muscariniques et une interaction avec les récepteur NMDA dans le cortex visuel. Ces mécanismes sont semblables à la potentiation à long-terme, évènement physiologique lié à l’apprentissage. L’étape suivante était d’évaluer si l’effet de l’amplification cholinergique de l’entrée de l’information visuelle résultait non seulement en une modification de l’activité corticale mais aussi de la perception visuelle. J’ai donc mesuré l’amélioration de l’acuité visuelle de rats adultes éveillés exposés durant 10 minutes par jour pendant deux semaines à un stimulus visuel de type «réseau sinusoïdal» couplé à une stimulation électrique du télencéphale basal. L’acuité visuelle a été mesurée avant et après le couplage des stimulations visuelle et cholinergique à l’aide d’une tâche de discrimination visuelle. L’acuité visuelle du rat pour le stimulus d’entrainement a été augmentée après la période d’entrainement. L’augmentation de l’acuité visuelle n’a pas été observée lorsque la stimulation visuelle seule ou celle du télencéphale basal seul, ni lorsque les fibres cholinergiques ont été lésées avant la stimulation visuelle. Une augmentation à long terme de la réactivité corticale du cortex visuel primaire des neurones pyramidaux et des interneurones GABAergiques a été montrée par l’immunoréactivité au c-Fos. Ainsi, lorsque couplé à un entrainement visuel, le système cholinergique améliore les performances visuelles pour l’orientation et ce probablement par l’optimisation du processus d’attention et de plasticité corticale dans l’aire V1. Afin d’étudier les mécanismes pharmacologiques impliqués dans l’amélioration de la perception visuelle, j’ai comparé les PEVs avant et après le couplage de la stimulation visuelle/cholinergique en présence d’agonistes/antagonistes sélectifs. Les injections intracorticales des différents agents pharmacologiques pendant le couplage ont montré que les récepteurs nicotiniques et M1 muscariniques amplifient la réponse corticale tandis que les récepteurs M2 muscariniques inhibent les neurones GABAergiques induisant un effet excitateur. L’infusion d’antagoniste du GABA corrobore l’hypothèse que le système inhibiteur est essentiel pour induire la plasticité corticale. Ces résultats démontrent que l’entrainement visuel jumelé avec la stimulation cholinergique améliore la plasticité corticale et qu’elle est contrôlée par les récepteurs nicotinique et muscariniques M1 et M2. Mes résultats suggèrent que le système cholinergique est un système neuromodulateur qui peut améliorer la perception sensorielle lors d’un apprentissage perceptuel. Les mécanismes d’amélioration perceptuelle induits par l’acétylcholine sont liés aux processus d’attention, de potentialisation à long-terme et de modulation de la balance d’influx excitateur/inhibiteur. En particulier, le couplage de l’activité cholinergique avec une stimulation visuelle augmente le ratio de signal / bruit et ainsi la détection de cibles. L’augmentation de la concentration cholinergique corticale potentialise l’afférence thalamocorticale, ce qui facilite le traitement d’un nouveau stimulus et diminue la signalisation cortico-corticale minimisant ainsi la modulation latérale. Ceci est contrôlé par différents sous-types de récepteurs cholinergiques situés sur les neurones GABAergiques ou glutamatergiques des différentes couches corticales. La présente thèse montre qu’une stimulation électrique dans le télencéphale basal a un effet similaire à l’infusion d’agoniste cholinergique et qu’un couplage de stimulations visuelle et cholinergique induit la plasticité corticale. Ce jumelage répété de stimulations visuelle/cholinergique augmente la capacité de discrimination visuelle et améliore la perception. Cette amélioration est corrélée à une amplification de l’activité neuronale démontrée par immunocytochimie du c-Fos. L’immunocytochimie montre aussi une différence entre l’activité des neurones glutamatergiques et GABAergiques dans les différentes couches corticales. L’injection pharmacologique pendant la stimulation visuelle/cholinergique suggère que les récepteurs nicotiniques, muscariniques M1 peuvent amplifier la réponse excitatrice tandis que les récepteurs M2 contrôlent l’activation GABAergique. Ainsi, le système cholinergique activé au cours du processus visuel induit des mécanismes de plasticité corticale et peut ainsi améliorer la capacité perceptive. De meilleures connaissances sur ces actions ouvrent la possibilité d’accélérer la restauration des fonctions visuelles lors d’un déficit ou d’amplifier la fonction cognitive.

The Fishing Industry in Kerala - Problem and Potentials

importance of fishing and other allied industries in the economy was realised only very recently. Consequently only very few studies are available on the subject. Here an attempt is made to survey the available literature on the subject.