Yeast diversity in the Mediterranean strawberry tree (Arbutus unedo L.) fruits' fermentations

In the Mediterranean region the fruits of the strawberry tree (Arbutus unedo L.) may be fermented and distilled to produce a traditional beverage very much appreciated in Southern Europe. The aim of the present work was to study the diversity of the yeast population and the killer activity of the isolates identified as Saccharomyces cerevisiae, obtained during solid state industrial fermentations of the arbutus berries. The identification of the isolates was performed by the 5.8S rRNA-ITS region restriction analysis and by sequencing the D1/D2 region of the large subunit of the rRNA gene. At the start of the fermentations, various non-Saccharomyces species were detected including Aureobasidium pullulans, Dothichiza pithyophila, Dioszegia zsoltii, Hanseniaspora uvarum and yeasts belonging to the genera Metschnikowia, Cryptococcus and Rhodotorula. However, as the biological processes progressed the number of different species decreased with S. cerevisiae and Pichia membranaefaciens becoming dominant at advanced stages of the must fermentation that is characterized by high concentrations of ethanol. Forty three isolates identified as S. cerevisiae were tested for killer activity against two sensitive reference strains and Zygosaccharomyces bailii. Their killer sensitivity in relation to five killer referenced toxins (K2, K5, K8, K9 and K10) was also studied. Out of the isolates analyzed, 95.3% were sensitive and 4.7% were tolerant against the killer toxins tested. Only three isolates revealed killer activity against one sensitive strain and two of them against the spoiler yeast Z. bailii. The microbiota obtained revealed an interesting potential to be used as starter cultures to overcome unpredictable uncontrolled fermentations of the arbutus fruits as well as in other applications of biotechnological interest. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Propriedades biotecnológicas de microrganismos isolados de processos fermentativos

Dissertação de mestrado, Tecnologia dos Alimentos, Instituto Superior de Engenharia, Universidade do Algarve, 2014

Klebsiella pneumoniae subsp. pneumoniae–bacteriophage combination from the caecal effluent of a healthy woman

A recent study characterizing bacteriophage populations within human caecal effluent demonstrated the presence of numerous Podoviridae, Siphoviridae and Myoviridae within this material (Hoyles et al., 2014, Res Microbiol 165, 803–812). Further to this work, anaerobic bacteria were isolated on fastidious anaerobe agar from the caecal effluent of a healthy 31-year-old woman. Ten colonies were selected at random, streaked to purity and screened against the remaining caecal effluent (filter-sterilized, 0.45 μm pore size) in an attempt to isolate lytic bacteriophages. Bacteriophages within the effluent [2×105 ± 2.65×103 (n=3) pfu/ml] were active against five of the isolates, all identified by 16S rRNA gene sequence analysis as Klebsiella pneumoniae. One of the five isolates, L4-FAA5, was characterized further and found to be K. pneumoniae subsp. pneumoniae capsule type K2 rmpA+, and was used to propagate a bacteriophage (which we named KLPN1) to purity. Bacteriophage KLPN1 was a member of the Siphoviridae with a rosette-like tail tip and exhibited depolymerase activity, demonstrated by the formation of plaque-surrounding haloes that increased in size over the course of incubation. When screened against a panel of 21 clinical strains representing unknown K. pneumoniae subsp. pneumoniae capsule types and types K1, K2, K5, K20, K54 and K57, KLPN1 infected only K2 strains, but did not exhibit depolymerase activity against these. Whole-genome sequence analysis of KLPN1 showed the bacteriophage to have a genome of 49,037 bp (50.53 GC mol%) comprising 73 predicted ORFs, of which 22 encoded genes associated with structure, host recognition, packaging, DNA replication and cell lysis. The host recognition-associated gene was a potential depolymerase. This is the first report of the isolation of a bacterium–bacteriophage combination from the human caecum, and only the third member of the Siphoviridae known to infect K. pneumoniae subsp. pneumoniae.

Klebsiella pneumoniae subsp. pneumoniae–bacteriophage combination from the caecal effluent of a healthy woman

A sample of caecal effluent was obtained from a female patient who had undergone a routine colonoscopic examination. Bacteria were isolated anaerobically from the sample, and screened against the remaining filtered caecal effluent in an attempt to isolate bacteriophages (phages). A lytic phage, named KLPN1, was isolated on a strain identified as Klebsiella pneumoniae subsp. pneumoniae (capsular type K2, rmpA+). This Siphoviridae phage presents a rosette-like tail tip and exhibits depolymerase activity, as demonstrated by the formation of plaque-surrounding haloes that increased in size over the course of incubation. When screened against a panel of clinical isolates of K. pneumoniae subsp. pneumoniae, phage KLPN1 was shown to infect and lyse capsular type K2 strains, though it did not exhibit depolymerase activity on such hosts. The genome of KLPN1 was determined to be 49,037 bp (50.53 %GC) in length, encompassing 73 predicted ORFs, of which 23 represented genes associated with structure, host recognition, packaging, DNA replication and cell lysis. On the basis of sequence analyses, phages KLPN1 (GenBank: KR262148) and 1513 (a member of the family Siphoviridae, GenBank: KP658157) were found to be two new members of the genus “Kp36likevirus”.

Ser Professor: Dar, Receber e Continuar a Aprender

RESUMO A prática profissional docente é uma atividade complexa que pressupõe a capacidade de mobilização de pressupostos teóricos e legais, de saberes científicos, pedagógicos e didáticos, fruto de uma formação adequada à construção de cidadãos capazes de intervir ativamente na sociedade. Surgindo como requisito fundamental para o término do Mestrado em Ensino do 1.º e 2.º Ciclos do Ensino Básico e sendo parte integrante da Unidade Curricular de Integração Curricular: Prática Educativa e Relatório de Estágio, o presente documento pretende espelhar o percurso formativo da mestranda, revelando os pressupostos teóricos que orientaram a sua prática, assim como a descrição e reflexão sobre o trabalho realizado ao longo deste ano. Todo este trabalho decorreu em par pedagógico, possibilitando a construção partilhada de conhecimentos e uma visão mais próxima da realidade. O processo de formação sustentou-se não só na colaboração, mas também numa metodologia de investigação-ação, procurando agir de acordo com o importante ciclo inerente à profissão docente, ou seja, o ciclo de observação, planificação, reflexão e avaliação. Todo este processo de formação, incluindo a redação do presente relatório, contribui para o desenvolvimento pessoal e profissional da mestranda, estimulando a descoberta da identidade profissional docente. Este documento marca, então, o fim desta formação inicial, estando longe de ser o fim das aprendizagens e desafios que o futuro como docente reserva, sendo, por isso, o início de uma nova etapa e de novos caminhos a percorrer.

L'oyseau de rivière, ou Le tournoy naval. Dédié aux mariniers.

[Mazarinade. 1649]

L'oyseau de rivière, ou Le tournoy naval. Dédié aux mariniers.

[Mazarinade. 1649]

Kinetic and product studies for the oxidtion of organic sulfides and sulfoxides in the presence of transition metal complexes

Rates and products of the oxidation of diphenyl sulfide, phenyl methyl sulfide, p-chlorophenyl methyl sulfide and diphenyl sulfoxide have been determined. Oxidants included t-Bu02H alone, t-Bu02H plus molybdenum or vanadium catalysts and the molybdenum peroxo complex Mo0(02)2*HMPT. Reactions were chiefly carried out in ethanol at temperatures ranging from 20° to 65°C. Oxidation of diphenyl sulfide by t-Bu02H in absolute ethanol at 65°C followed second-order kinetics with k2 = 5.61 x 10 G M~1s"1, and yielded only diphenyl sulfoxide. The Mo(C0)g-catalyzed reaction gave both the sulfoxide and the sulfone with consecutive third-order kinetics. Rate = k3[Mo][t-Bu02H][Ph2S] + k^[Mo][t-Bu02H][Ph2S0], where log k3 = 12.62 - 18500/RT, and log k^ = 10.73 - 17400/RT. In the absence of diphenyl sulfide, diphenyl sulfoxide did not react with t-Bu02H plus molybdenum catalysts, but was oxidized by t-Bu02H-V0(acac)2. The uncatalyzed oxidation of phenyl methyl sulfide by t-Bu02H in absolute ethanol at 65°C gave a second-order rate constant, k = 3.48 x 10~"5 M^s""1. With added Mo(C0)g, the product was mainly phenyl methyl sulfoxide; Rate = k3[Mo][t-Bu02H][PhSCH3] where log k3 = 22.0 - 44500/RT. Both diphenyl sulfide and diphenyl sulfoxide react readily with the molybdenum peroxy complex, Mo0(02)2'HMPT in absolute ethanol at 35°C, yielding diphenyl sulfone. The observed features are mainly in agreement with the literature on metal ion-catalyzed oxidations of organic compounds by hydroperoxides. These indicate the formation of an active catalyst and the complexation of t-Bu02H with the catalyst. However, the relatively large difference between the activation energies for diphenyl sulfide and phenyl methyl sulfide, and the non-reactivity of diphenyl sulfoxide suggest the involvement of sulfide in the production of an active species.

Cloning and Characterisation of the human gene gremlin promoter

L’ostéoarthrose (OA) est une maladie articulaire invalidante caractérisée par la perte de l’intégrité du cartilage articulaire. Les recherches tentent de comprendre les mécanismes moléculaires de la maladie afin de trouver des inhibiteurs efficaces pouvant prévenir la dégradation du cartilage articulaire. Les BMPs (bone morphogenic proteins) jouent un rôle dans le processus pathophysiologique de cette maladie. Cette étude cible le rôle d’un antagoniste des BMPs, le gremlin. Nous avons étudié la régulation de l’expression de gremlin par le clonage et la caractérisation de son promoteur et en déterminant si gremlin pouvait jouer un rôle autre qu’antagoniste des BMP, en affectant l’expression d’autres gènes par l’activation d’une cascade de signalisation dans la cellule. Les résultats ont identifié une région importante dans le promoteur de gremlin qui affecte son activité basale et induite, et ont montré que le gremlin ne pouvait pas affecter l’expression génique et l’activation de signalisation intracellulaire indépendamment des BMPs. Cette étude démontre que le rôle de gremlin dans l’OA en est un essentiellement d’antagoniste des BMPs.

Le potentiel thérapeutique du GDF-5 dans l’arthrose : une étude in vitro des facteurs anaboliques et cataboliques du cartilage

Introduction: Le principal objectif de cette étude est de mesurer l’effet du GDF-5 sur l’homéostasie du cartilage. Le GDF-5 est un gène de susceptibilité de l’OA faisant partie de la famille des BMPs et qui favorise la synthèse du cartilage. Le but de notre étude a été de déterminer l’effet du GDF-5 sur le métabolisme catabolique ainsi que sur l’équilibre global des chondrocytes, principalement au niveau de l’Aggrécan. Méthode : Des chondrocytes arthrosiques canins et humains OA ont été exposés au GDF-5. L’expression des ARNm et des protéines a été analysée afin d’évaluer la production de l’Aggrécan et le ratio Col-II/Col-I au niveau des facteurs anaboliques et du phénotype. Pour le catabolisme, l’expression et l’activité des aggrécanases ADAMTS-4 et ADAMTS-5 ont été mesurées. Les épitopes NITEGE et CTX-II ont aussi été quantifiés dans le liquide synovial canin après des injections intraarticulaires de GDF-5. Résultats : Le GDF-5 provoque une augmentation de l’activité cellulaire des chondrocytes canins et humains. Pour les ARNm et l’expression protéique, le GDF-5 augmente l’expression de l’Aggrécan alors que les facteurs cataboliques le diminuent. Le phénotype reste inchangé en présence du produit, sauf à haute dose où on augmente le ColI. L’activité des aggrécanases diminue puisque l’épitope NITEGE diminue alors que le CTX-II augmente dans l’articulation. Conclusion : En somme, les facteurs anaboliques du cartilage sont favorisés, alors que les facteurs cataboliques sont diminués par le GDF-5. Cette action double permet d’illustrer l’effet du GDF-5, le classant comme un potentiel médicament modifiant la maladie de l’OA qui mérite d’être étudiée.

Anaerobic Digestibility of Microalgae : Fate and Limitations of Long Chain Fatty Acids in the Biodegradation of Lipids

La digestion anaérobie est un processus biologique dans lequel un consortium microbien complexe fonctionnant en absence d’oxygène transforme la matière organique en biogaz, principalement en méthane et en dioxyde de carbone. Parmi les substrats organiques, les lipides sont les plus productifs de méthane par rapport aux glucides et aux protéines; mais leur dégradation est très difficile, en raison de leur hydrolyse qui peut être l’étape limitante. Les algues peuvent être une source importante pour la production de méthane à cause de leur contenu en lipides potentiellement élevé. L’objectif de cette étude était, par conséquent, d’évaluer la production en méthane des microalgues en utilisant la technique du BMP (Biochemical méthane Potential) et d’identifier les limites de biodégradion des lipides dans la digestion anaérobie. Le plan expérimental a été divisé en plusieurs étapes: 1) Comparer le potentiel énergétique en méthane des macroalgues par rapport aux microalgues. 2) Faire le criblage de différentes espèces de microalgues d’eau douce et marines afin de comparer leur potentiel en méthane. 3) Déterminer l'impact des prétraitements sur la production de méthane de quelques microalgues ciblées. 4) Identifier les limites de biodégradation des lipides algaux dans la digestion anaérobie, en étudiant les étapes limitantes de la cinétique des lipides et de chacun des acides gras à longues chaines. Les résultats ont montré que les microalgues produisent plus de méthane que les macroalgues. Les BMP des microalgues d'eau douce et marines n'ont montré aucune différence en termes de rendement en méthane. Les résultats des prétraitements ont montré que le prétraitement thermique (microonde) semblait être plus efficace que le prétraitement chimique (alcalin). Les tests de contrôle du BMP faits sur l'huile de palme, l’huile de macadamia et l'huile de poisson ont montré que l'hydrolyse des huiles en glycérol et en acides gras à longues chaines n'était pas l'étape limitante dans la production de méthane. L'ajout de gras dans les échantillons de Phaeodactylum dégraissée a augmenté le rendement de méthane et cette augmentation a été corrélée à la quantité de matières grasses ajoutées.

Novel M(II) beta-diketiminate complexes for the polymerization of lactide

Des ligands diketimines porteurs de substituants N-benzyl, N-9-anthrylmethyl et N-mesitylmethyl (nacnacBnH, nacnacAnH, and nacnacMesH) ont été synthétisés par condensation d’une amine et d’acétyl acétone ou son monoacétal d’éthylène glycol. La chlorination de la position 3 a été effectuée à l’aide de N-chlorosuccinimide conduisant à la formation des ligands ClnacnacBnH et ClnacnacAnH. Cette même position 3 a également été substituée par un groupement succinimide par lithiation du nacnacBnH, suivi de la réaction avec le N-chlorosuccinimide (3-succinimido-nacnacBnH). Les ligands N-aryl nacnacippH et nacnacNaphH (ipp = 2-isopropylphenyl, Naph = 1-naphthyl) ont été préparés selon les procédures reportées dans la littérature. La réaction de ces ligands avec Zn(TMSA)2 (TMSA = N(SiMe3)2) conduit à la formation des complexes nacnacAnZn(TMSA) et ClnacnacBnZn(TMSA). La protonation avec l’isopropanol permet l’obtention des complexes nacnacAnZnOiPr et ClnacnacBnZnOiPr. La réaction avec Mg(TMSA)2 permet quant à elle la formation des complexes nacnacAnMg(TMSA), nacnacMesMg(TMSA), ClnacnacBnMg(TMSA) et ClnacnacAnMg(TMSA). La protonation subséquente à l’aide du tert-butanol permet l’obtention du nacnacMesMgOtBu et du ClnacnacBnMgOtBu, alors que l’on observe uniquement une décomposition avec les ligands possédant des substituants N-anthrylmethyl. La réaction de ces diketimines avec Cu(OiPr)2 conduit aux dimères hétéroleptiques [nacnacBnCu(μ-OiPr)]2 et [3-Cl-nacnacBnCu(μ-OiPr)]2 lors de l’usage des ligands stériquement peu encombrés. Lors de l’utilisation de ligands plus encombrés, la stabilisation du complexe hétéroleptique par dimérisation n’est plus possible, conduisant, par un échange de ligand, à la formation des complexes homoleptiques Cu(nacnacipp)2 et Cu(nacnacNaph)2. Les complexes homoleptiques Cu(nacnacBn)2 et Cu(3-succinimido-nacnacBn)2 ont été obtenus à partir des ligands N-benzyl. Les ligands encore plus encombrés tels que nacnacAnH, nacnacMesH ou ceux comportant des substituants N-methylbenzyl ne présentent alors plus de réactivité avec le Cu(OiPr)2. La plupart des complexes ont été caractérisés par Diffraction des Rayons X. Les complexes homoleptiques ainsi que ceux de TMSA sont monomériques, alors que ceux formés à partir d’alkoxides se présentent sous forme de dimères à l’état solide. Tous les complexes d’alkoxides ainsi que les nacnacAnMg(TMSA)/BnOH et ClnacnacAnMg(TMSA)/BnOH présentent une réactivité modérée à haute en matière de polymérisation du rac-lactide (90% de conversion en 30 secondes à 3 heures). Le nacnacAnZnOiPr permet la synthèse d’un polymère hautement hétérotactique (Pr = 0.90) quand le ClnacnacBnMgOtBu/BnOH génère un polymère isotactique à -30°C (Pr = 0.43). Tous les autres catalyseurs produisent des polymères atactiques avec une légère tendance hétérotactique (Pr = 0.48 – 0.55). Les complexes hétéroleptiques [nacnacBnCu(μ-OiPr)]2 et [3-Cl-nacnacBnCu(μ-OiPr)]2 se révèlent être de très bons catalyseurs pour la polymérisation du rac-lactide présentant une conversion complète du monomère à température ambiante, en solution, en 0,5 à 5 minutes. Le [nacnacBnCu(μ-OiPr)]2 est actif en présence ou absence d’isopropanol, agissant comme agent de transfert de chaine à haute activité (k2 = 32 M–1•s–1) dans le dichlorométhane. Dans l’acétonitrile, le THF, le dichloromethane et le toluène, [nacnacBnCu(μ-OiPr)]2 conduit à une étroite polydispersité, possédant respectivement des kobs = 2.4(1), 5.3(5), 3.6-4.4 and 10(1) min–1. Aucune réaction parasite, telle qu’une trans-esterification, une épimerisation ou une décomposition du catalyseur, n’a été observée. Les complexes homoleptiques en présence d’alcool libre semblent présenter un équilibre avec une petite quantité de leurs équivalents hétéroleptiques, permettant une polymérisation complète, en moins de 60 min, à température ambiante. Tous les catalyseurs de cuivre présentent un haut contrôle de la polymérisation avec une polydispersité égale ou inférieure à 1.1. Les polymères obtenus sont essentiellement atactiques, avec une légère tendance à l’hétérotacticité à température ambiante et -17°C. Le [nacnacBnCu(μ-OiPr)]2 polymérise également la -butyrolactone (BL), l’-caprolactone (CL) et la -valerolactone (VL) avec des constantes respectivement égales à kobs = 3.0(1)•10–2, 1.2–2.7•10–2, et 0.11(1) min–1. Les homopolymères présentent une étroite polydispersité d’approximativement 1.1. Les polymérisations par addition séquentielle ont mis en évidence une trans-estérification (non observée dans les homopolymérisations) si BL ou CL sont introduits après un bloc lactide.

Régulation de l'hepcidine et le rôle de la lipocaline 2 dans l'homéostasie du fer / Novel insights into the regulation of hepcidin and the role of lipocalin 2 in iron homeostasis

Le fer, un métal de transition, est requis pour la survie de presque tout les organismes vivant à cause de son habilité à accepter ou donner un électron et donc à catalyser plusieurs réactions biochimique fondamentales. Cependant, la même propriété permet aussi au fer ionique d’accélérer la formation de radicaux libres et donc le fer peut potentiellement avoir des effets néfastes. Conséquemment, l’homéostasie du fer doit être étroitement régulé, tant au niveau cellulaire que systémique. Notre étude met l’emphase sur deux molécules importante pour régulation du métabolisme du fer : la lipocaline 2 (Lcn2) et l’hepcidine. Lcn2, une protéine de phase aiguë, est impliquée dans le transport du fer par les sidérophores. Lcn2 est un candidat potentiel comme transporteur du fer qui pourrait être responsable de l’accumulation excessive du fer non lié à la transferrine dans le foie des patients atteints d’hémochromatose héréditaire (HH). Nous avons généré des souris double-déficiente HfeLcn2 pour évaluer l’importance de Lcn2 dans la pathogenèse de surcharge en fer hépatique dans les souris knock-out Hfe (Hfe -/-). Notre étude révèle que la délétion de Lcn2 dans les souris Hfe-/- n’influence pas leur accumulation de fer hépatique ou leur réponse à une surcharge en fer. Le phénotype des souries HfeLcn2-/- demeure indiscernable de celui des souris Hfe-/-. Nos données impliquent que Lcn2 n’est pas essentiel pour la livraison du fer aux hépatocytes dans l’HH. L’hepcidine, un régulateur clé du métabolisme du fer, est un petit peptide antimicrobien produit par le foie et qui régule l’absorption intestinale du fer et son recyclage par les macrophages. L’expression de l’hepcidine est induite par la surcharge en fer et l’inflammation, tandis que, à l'inverse, elle est inhibée par l'anémie et l'hypoxie. Dans certaine situations pathologique, l’hepcidine est régulée dans des directions opposées par plus d’un régulateur. Nous avons, en outre, analysé comment les différents facteurs influencent l’expression de l’hepcidine in vivo en utilisant un modèle de souris avec un métabolisme du fer altéré. Nous avons examiné la régulation de l’hepcidine en présence de stimuli opposés, ainsi que la contribution des médiateurs et des voix de signalisation en aval de l’expression de l’hepcidine. Nous avons démontré que l'érythropoïèse, lorsque stimulé par l’érythropoïétine, mais pas par l’hypoxie, diminue l’expression de l’hepcidine d’une façon dépendante de la dose, même en présence de lipopolysaccharides ou de surcharge de fer alimentaire, qui peuvent agir de manière additive. De plus, l’entraînement érythropoïétique inhibe tant la voix inflammatoire que celle de détection du fer, du moins en partie, par la suppression du signal IL-6/STAT3 et BMP/SMAD4 in vivo. Au total, nos données suggèrent que le niveau d’expression de l’hepcidine en présence de signaux opposés est déterminé par la force du stimulus individuel plutôt que par une hiérarchie absolue. Ces découvertes sont pertinentes pour le traitement de l’anémie des maladies chronique et les désordres de surcharge en fer.

Étude du champ magnétique interne de deux matériaux magnétiques et d'un supraconducteur sans symétrie d'inversion.

Cette thèse est divisée en trois parties. Une première section présente les résultats de l'étude de la formation de polarons magnétiques liés (BMP) dans le ferroaimant EuB6 par diffusion de neutrons à petits angles (SANS). La nature magnétique du système ferromagnétique est observée sous une température critique de 15K. La signature des BMP n'apparaît pas dans la diffusion de neutrons, mais ces mesures permettent de confirmer une limite inférieure de 100\AA à la longueur de cohérence des BMP (xi_{Lower}). Dans un second temps, l'étude du LaRhSi3, un supraconducteur sans symétrie d'inversion, par muSR et ZF-muSR nous permet de sonder le comportement magnétique du système dans la phase supraconductrice. Aucun champ magnétique interne n'a été détecté en ZF-muSR sous la température critique (T_c = 2.2K). Cela indique que la phase supraconductrice ne porte pas de moment cinétique intrinsèque. L'analyse du spectre d'asymétrie sous l'application d'un champ magnétique externe nous apprend que le système est faiblement type II par l'apparition de la signature de domaines magnétiques typique d'un réseau de vortex entre H_{c1}(0) et H_{c2}(0), respectivement de 80+/- 5 et 169.0 +/- 0.5 G. Finalement, la troisième section porte sur l'étude du champ magnétique interne dans l'antiferroaimant organique NIT-2Py. L'observation d'une dépendance en température des champs magnétiques internes aux sites d'implantation muonique par ZF-muSR confirme la présence d'une interaction à longue portée entre les moments cinétiques moléculaires. Ces valeurs de champs internes, comparées aux calculs basés sur la densité de spins obtenue par calculs de la théorie de la fonctionnelle de la densité, indiquent que la moitié des molécules se dimérisent et ne contribuent pas à l'ordre antiferromagnétique. La fraction des molécules contribuant à l'ordre antiferromagnétique sous la température critique (T_c = 1.33 +/- 0.01K) forme des chaines uniformément polarisées selon l'axe (1 0 -2). Ces chaines interagissent antiferromagnétiquement entre elles le long de l'axe (0 1 0) et ferromagnétiquement entre les plan [-1 0 2].

Speech Analysis using Modern Techniques of Nonlinear Dynamics

Medical fields requires fast, simple and noninvasive methods of diagnostic techniques. Several methods are available and possible because of the growth of technology that provides the necessary means of collecting and processing signals. The present thesis details the work done in the field of voice signals. New methods of analysis have been developed to understand the complexity of voice signals, such as nonlinear dynamics aiming at the exploration of voice signals dynamic nature. The purpose of this thesis is to characterize complexities of pathological voice from healthy signals and to differentiate stuttering signals from healthy signals. Efficiency of various acoustic as well as non linear time series methods are analysed. Three groups of samples are used, one from healthy individuals, subjects with vocal pathologies and stuttering subjects. Individual vowels/ and a continuous speech data for the utterance of the sentence "iruvarum changatimaranu" the meaning in English is "Both are good friends" from Malayalam language are recorded using a microphone . The recorded audio are converted to digital signals and are subjected to analysis.Acoustic perturbation methods like fundamental frequency (FO), jitter, shimmer, Zero Crossing Rate(ZCR) were carried out and non linear measures like maximum lyapunov exponent(Lamda max), correlation dimension (D2), Kolmogorov exponent(K2), and a new measure of entropy viz., Permutation entropy (PE) are evaluated for all three groups of the subjects. Permutation Entropy is a nonlinear complexity measure which can efficiently distinguish regular and complex nature of any signal and extract information about the change in dynamics of the process by indicating sudden change in its value. The results shows that nonlinear dynamical methods seem to be a suitable technique for voice signal analysis, due to the chaotic component of the human voice. Permutation entropy is well suited due to its sensitivity to uncertainties, since the pathologies are characterized by an increase in the signal complexity and unpredictability. Pathological groups have higher entropy values compared to the normal group. The stuttering signals have lower entropy values compared to the normal signals.PE is effective in charaterising the level of improvement after two weeks of speech therapy in the case of stuttering subjects. PE is also effective in characterizing the dynamical difference between healthy and pathological subjects. This suggests that PE can improve and complement the recent voice analysis methods available for clinicians. The work establishes the application of the simple, inexpensive and fast algorithm of PE for diagnosis in vocal disorders and stuttering subjects.