Growth mechanisms and timing of emplacement of a vertically layered mafic intrusion in the feeder zone of an ocean island volcano (Fuerteventura, Canary islands)

Résumé pour le grand public L'île de Fuerteventura (Canaries) offre l'occasion rare d'observer les racines d'un volcan océanique édifié il y a 25 à 30 millions d'années et complètement érodé. On y voit de nombreux petits plutons de forme et composition variées, témoignant d'autant d'épisodes de l'activité magmatique. L'un de ces plutons, appelé PX1, présente une structure inhabituelle formée d'une alternance de bandes verticales d'épaisseur métrique à hectométrique de roches sombres de composition pyroxénilique ou gabbroïque. Les pyroxénites résultent clairement de l'accumulation de cristaux de pyroxènes et non de la simple solidification d'un magma? Se pose dès lors la question de la nature du processus qui a conduit à l'accumulation verticale de niveaux concentrés en pyroxènes. En effet, les litages pyroxénitiques classiques sont subhorizontaux, car ils résultent de l'accumulation gravitaire des cristaux séparés du magma dont ils cristalli¬sent par sédimentation. Cette étude vise à identifier et comprendre les mécanismes qui ont engendré ce Iitage minéralogique vertical et l'im¬portant volume de ces faciès cumulatifs. Nous nous sommes également intéressés aux conditions de pression et de température régnant au moment de la mise en place du pluton, ainsi qu'à sa durée de vie et à sa vitesse de refroidis¬sement. Enfin une approche géochimique nous a permis de préciser la nature de la source mantellique des magmas liés à cette activité magmatique. PX1 est en réalité un complexe filonien formé à des conditions de pression et de température de 1-2 kbar et 1050- 1100°C; sa construction a nécessité au moins 150 km3 de magma. L'alternance d'horizons gabbroïques et pyroxéniti¬ques représente des injections successives de magma sous la forme de filons verticaux, mis en place dans un contexte régional en extension. L'étude des orientations des minéraux dans ces faciès révèle que les horizons gabbroïques enregistrent l'extension régionale, alors que les pyroxénites sont générées par une compaction au sein du pluton. Ceci suggère que le régime des contraintes, qui était extensif lors de l'initiation de la mise en place de PX1, est pério¬diquement devenu compressif au sein même du pluton. Cette compression serait liée à des cycles de mise en place où la vitesse de croissance du pluton dépassait celle de l'extension régionale. La différenciation observée au sein de chaque horizon, depuis des pyroxénites riches en olivine jusqu'à des pyroxé¬nites à plagioclase interstitiel et des gabbros, ainsi que la composition géochimique des minéraux qui les constituent suggèrent que chaque filon vertical s'est mis en place à partir d'un magma de composition identique, puis a évolué indépendamment des autres en fonction du régime thermique et du régime des contraintes local. Lorsque le magma en train de cristalliser s'est trouvé en compression, le liquide résiduel a été séparé des cristaux déjà formés et extrait du système, laissant derrière lui une accumulation de cristaux dont la nature et les proportions dépendaient du stade de cristallisation atteint par le magma au moment de l'extraction. Ainsi, les niveaux de pyroxénites à olivine (premier minéral à cristalliser) ont été formés lorsque le magma correspondant était encore peu cristallisé; à l'inverse, les py¬roxénites riches en plagioclase (minéral plus tardif dans la séquence de cristallisation) et certains gabbros à caractère cumulatif résultent d'une compression tardive dans le processus de cristallisation du filon concerné. Les liquides résiduels extraits des niveaux pyroxénitiques sont rarement observés dans PX1, certaines poches et filonets de com¬position anorthositique pourraient en être les témoins. L'essentiel de ces liquides a probablement gagné des niveaux supérieurs du pluton, voire la surface du volcan. L'origine du régime compressif périodique affectant les filons en voie de cristallisation est attribuée aux injections suivantes de magma au sein du pluton, qui se sont succédées à un rythme plus rapide que la vitesse de consolidation des filons. Des datations U/Pb de haute précision sur des cristaux de zircon et de baddeleyite ainsi que40Ar/39Ar sur des cris¬taux d'amphibole révèlent une initiation de la mise en place de PX1 il y a 22.1 ± 0,7 Ma; celle-ci a duré quelque 0,48 ± 0,22 à 0,52 ± 0,29 Ma. Ce laps de temps est compatible avec celui nécessaire à la cristallisation des filons individuels, qui va de moins d'une année lors de l'initiation du magmatisme à 5 ans lors du maximum d'activité de PX1. La présence de cristaux résorbés enregistrant une cristallisation complexe suggère l'existence d'une chambre mag¬matique convective sous-jacente à PX1 et périodiquement rechargée. Les compositions isotopiques des roches étu¬diées révèlent une source mantellique profonde de type point chaud avec une contribution du manteau lithosphéri- que métasomatisé présent sous les îles Canaries. Résumé L'intrusion mafique Miocène PX1 fait partie du soubassement superficiel (0.15-0.2 GPa, 1100 °Q d'un volcan d'île océanique. La particularité de ce pluton est l'existence d'alternances d'unités de gabbros et de pyroxénites qui met¬tent en évidence un litage magmatique vertical (NNE-SSW). Les horizons gabbroiques et pyroxénitiques sont constitués d'unités de différenciation métriques qui suggèrent tine mise en place par injections périodiques de filons verticaux de magma formant un complexe filonien. Chaque filon vertical a subi une différenciation parallèle à un front de solidification sub-vertical parallèle aux bords du filon. Les pyroxénites résultent du fractionnement et de l'accumulation d'olivine ± clinopyroxene ± plagioclase à partir d'un magma basaltique faiblement alcalin et sont interprétées comme étant des imités de différenciation tronquées dont le liquide interstitiel a été extrait par compaction. L'orientation préférentielle des clinopyroxènes dans ces pyroxe- nites (obtenues par analyse EBSD et micro-tomographique) révèle une composante de cisaillement simple dans la genèse de ces roches, ce qui confirme cette interprétation. La compaction des pyroxénites est probablement causée par a mise en place de filons de magma suivants. Le liquide interstitiel expulsé est probablement par ces derniers. Les clinopyroxènes des gabbros, montrent une composante de cisaillement pure suggérant qu'ils sont affectés par une déformation syn-magmatique parallèle aux zones de cisaillement NNE-SSW observées autour de PX1 et liées au contexte tectonique Miocène d'extension régionale. Ceci suggère que les gabbros sont liés à des taux de mise en place faibles à la fin de cycles d'activité magmatique et sont peu ou pas affectés par la compaction. L'initiation et la géométrie de PX1 sont donc contrôlées par le contexte tectonique régional d'extension alors que les taux et les volumes de magma dépendent de facteurs liés à la source. Des taux d'injection élevés résultent probable¬ment en une croissance du pluton supérieure à la place crée par cette extension. Dans ce cas de figure, la propagation des nouveaux dykes et l'inaptitude du magma à circuler à travers les anciens dykes cristallisés pourrait causer une augmentation de la pression non-lithostatique sur ces derniers, exprimée par un cisaillement simple et l'expulsion du liquide interstitiel qu'ils contiennent (documenté par les zones de collecte anorthositiques). Les compositions en éléments majeurs et traces des gabbros et pyroxenites de PX1 sont globalement homogènes et dépendent de la nature cumulative des échantillons. Cependant, de petites variations des concentrations en éléments traces ainsi que les teneurs en éléments traces des bordures de clinopyroxenes suggèrent que ces derniers ont subi un processus de rééquilibrage et de cristallisation in situ. L'homogénéité des compositions chimiques des échantillons, ainsi que la présence de grains de clinopyroxene résorbés suggère que le complexe filonien PX1 s'est mis en place au dessus d'une chambre magmatique périodiquement rechargée dans laquelle la convection est efficace. Chaque filon est donc issu d'un même magma, mais a subi une différenciation par cristallisation in situ (jusqu'à 70% de fraction¬nement) indépendamment des autres. Dans ces filons cristallisés, les minéraux cumulatifs subissent un rééquilibrage partiel avec les liquide interstitiel avant que ce dernier ne soit expulsé lors de la compaction (mettant ainsi un terme à la différenciation). Ce modèle de mise en place signifie qu'un minimum de 150Km3 de magma est nécessaire à la genèse de PX1, une partie de ce volume ayant été émis par le 'Central Volcanic Complex' de Fuerteventura. Les rapports isotopiques radiogéniques mesurés révèlent la contribution de trois pôles mantelliques dans la genèse du magma formant PX1. Le mélange de ces pôles HIMU, DMM et EM1 refléterai l'interaction du point chaud Cana¬rien avec un manteau lithosphérique hétérogène métasomatisé. Les petites variations de ces rapports et des teneurs en éléments traces au sein des faciès pourrait refléter des taux de fusion partielle variable de la source, résultant en un échantillonnage variable du manteau lithosphérique métasomatisé lors de son interaction avec le point chaud. Des datations U/Pb de haute précision (TIMS) sur des cristaux de zircon et de baddeleyite extraits de gabbros de PX1 révèlent que l'initiation de la cristallisation du magma a eu lieu il y a 22.10±0.07 Ma et que l'activité magmatique a duré un minimum de 0.48 à 0.52 Ma. Des âges 40Ar/39Ar obtenus sur amphibole sont de 21.9 ± 0.6 à 21.8 ± 0.3 Ma, identiques aux âges U/Pb. La combinaison de ces méthodes de datations, suggère que le temps maximum nécessaire à PX1 pour se refroidir en dessous de la température de fermeture de l'amphibole est de 0.8Ma. Ceci signifie que la durée de vie de PX1 est de 520 000 à 800 000 ans. La coexistence de cristaux de baddeleyite et de zircon dans un gabbro est attribuée à son interaction avec un fluide riche en C02 relâché par les carbonatites encaissantes lors du métamorphisme de contact généré par la mise en place de PX1 environ 160 000 ans après le début de sa mise en place. Les durées de vie obtenue sont en accord avec le modèle de mise en place suggérant une durée de cristallisation poux chaque filon allant de 1 an à 5 ans. Abstract The Miocene PX1 gabbro-pyroxenite intrusion (Fuerteventura, Canary Islands), is interpreted as the shallow-level feeder-zone (0.15-0.2 GPa and 1100-1120°C), to an ocean island volcano. The particularity of PX1 is that it displays a NNE-SSW trending vertical magmatic banding expressed by alternating gabbro and pyroxeriite sequences. The gabbro and pyroxenite sequences consist of metre-thick differentiation units, which suggest emplacement by pe¬riodic injection of magma pulses as vertical dykes that amalgamated, similarly to a sub-volcanic sheeted dyke com¬plex. Individual dykes underwent internal differentiation following a solidification front (favoured by a significant lateral/horizontal thermal gradient) parallel to the dyke edges. Pyroxenitic layers result from the fractionation and accumulation of clinopyroxene ± olivine ± plagioclase crystals from a mildly alkaline basaltic liquid and are interpre¬ted as truncated differentiation sequences, from which residual melts were extracted by compaction. Clinopyroxene mineral orientation in pyroxenites (evidenced by EBSD and micro X-ray tomography analysis) display a marked pure shear component, supporting this interpretation. Compaction and squeezing of the crystal mush is ascribed to the incoming and inflating magma pulses. The resulting expelled interstitial liquid was likely collected and erupted along with the magma flowing through the newly injected dykes. Gabbro sequences represent crystallised coalesced magma batches, emplaced at lower rates at the end of eruptive cycles, and underwent minor melt extraction as evi¬denced by clinopyroxene orientations that record a simple shear component suggesting syn-magmatic deformation parallel to observed NNF.-SSW trending shear-zones induced by the regional tensional Miocene stress-field. The initiation and geometry of PX1 is controlled by the regional extensional tectonic regime whereas rates and vo¬lumes of magma depend on source-related factors. High injection rates are likely to induce intrusion growth rates larger than could be accommodated by the regional extension. In this case, dyke tip geometry and the inability of magma to circulate through previously emplaced and crystallised dykes could result in an increase of non-lithostatic pressure on previously emplaced mushy dyke walls; generating strong pure-shear compaction and interstitial melt expulsion within the feeder-zone as recorded by the cumulitic pyroxenite bands and anorthositic collection zones. The whole-rock major and trace-element chemistry of PX1 gabbros and pyroxenites is globally homogeneous and controlled by the cumulate nature of the samples (i.e. on the modal proportions of olivine, pyroxene, plagioclase and oxides). However, small variations of whole-rock trace-element contents as well as trace-element contents of clinopyroxene rims suggest that in-situ re-equilibration and crystallisation has occurred. Additionally, the global homogeneity and presence of complex zoning of rare resorbed clinopyroxene crystals suggest that the PX1 feeder- zone overlies a periodically replenished and efficiently mixed magma chamber. Each individual dyke of magma thus originated from a compositionally constant mildly alkaline magma and differentiated independently from the others reaching up to 70% fractionation. Following dyke arrest these are affected by interaction with the trapped interstitial liquid prior to its compaction-linked expulsion (thus stopping the differentiation process). This emplacement model implies that minimum amount of approximately 150 km3 of magma is needed to generate PX1, part of it having been erupted through the overlying Central Volcanic Complex of Fuerteventura. The radiogenic isotope ratios of PX1 samples reveal the contribution on three end-members during magma genesis. This mixing of the H1MU, EMI and DMM end-members could reflect the interaction of the deep-seated Canarian mantle plume with a heterogeneous metasomatic and sepentininsed lithospheric mantle. Additionally, the observed trace-element and isotopic variations within the same fades groups could reflect varying degrees of partial melting of the source region, thus tapping more or less large areas of the metasomatised lithospheric mantle during interac¬tion with the plume. High precision ID-TIMS U/Pb zircon and baddeleyite ages from the PX1 gabbro samples, indicate initiation of magma crystallisation at 22.10 ± 0.07 Ma. The magmatic activity lasted a minimum of 0.48 to 0.52 Ma. 40Ar/39Ar amphibole ages are of 21.9 ± 0.6 to 21.8 ± 0.3, identical within errors to the U/Pb ages. The combination of the 40Ar/39Ar and U/Pb datasets imply that the maximum amount of time PX1 took to cool below amphibole Tc is 0.8 Ma, suggesting PX1 lifetime of 520 000 to 800 000 years. On top of this, the coexistence of baddeleyite and zircon in a single sample is ascribed to the interaction of PX1 with C02-rich carbonatite-derived fluids released from the host-rock carbonatites during contact metamorphism 160 000 years after PX1 initiation. These ages are in agreement with the emplacement model, implying a crystallisation time of less than 1 to 5 years for individual dykes.

A case of acute retinal pigment epithelitis: spectral domain optical coherence tomography time course and physiopathologic hypothesis.

PURPOSE: To report the time course of retinal morphologic changes in a patient with acute retinal pigment epithelitis (ARPE) using spectral domain optical coherence tomography (SD-OCT). METHODS: A 30-year old man was referred for blurred vision of his right eye after five days that appeared suddenly 15 days after recovery from a flu-like syndrome. SD-OCT was performed immediately, followed by fluorescein and infracyanine angiography at eight days and then at three weeks. RESULTS: At presentation, a bubble of sub-macular deposit was observed on the right macula with central golden micronodules in a honeycomb pattern. SD-OCT showed an "anterior dislocation" of all the retinal layers up to the inner/outer segment (IS/OS) line and irregular deposits at the OS level together with thickening of the retinal pigment epithelial (RPE) layer. As visual acuity increased, eight days later, the OCT showed reduction of the sub-retinal deposits and an abnormal hyperflectivity of the sub-retinal and RPE layers was observed. The patient showed a positive serology for picornavirus. DISCUSSION: The acute SD-OCT sections of this patient with ARPE were compared with histological sections of a 35 day old Royal College of Surgeons rat. Similar findings could be observed, with preservation of the IS/OS line and accumulation of debris at the OS level, suggesting that ARPE symptoms could result from a transient phagocytic dysfunction of the RPE at the fovea, inducing reversible accumulation of undigested OS. Picornaviruses comprising enterovirus and coxsachievirus described as being associated with acute chorioretinitis. In this case, it was responsible for ARPE. CONCLUSION: We hypothesize that ARPE syndrome results from a transient dysfunction of RPE, which can occur as a post viral reaction.

Local shockwave-application prevents flap necrosis

Objective: Local shockwave-application (SW) has shown to improve healing of various tissues and decrease necrosis of flaps. Though, there is no data about the optimal time-point of SW-application with regard to induction of ischemia (i.e. flap elevation) and subsequent effect on flap survival. Therefore we compared 2 shock-wave protocols in a model of persistent ischemia and investigated underlying mechanisms. Methods: 18 C57BL/6-mice equipped with a skinfold chamber containing a musculocutaneous flap were assigned to 3 experimental groups: 1. One session of 500 SWimpulses at 0·15 mJ/mm2 applied 24 hrs before (preconditioning) or 2. Applied 30 min after flap elevation (treatment). 3. Untreated flaps (control). Tissue necrosis,microhemodynamics, inflammation, apoptosis and angiogenesis were assessed by intravital epi-fluorescence microscopy over 10 days. Results: SW significantly reduced flap necrosis independent from the application time-point (preconditioning: 29 ± 7%; treatment: 25 ± 7% vs. control: 47 ± 2%; d10, p<0·05). This was associated with an early increase of functional capillary density (preconditioning: 236 ± 39 cm/cm2; treatment: 211 ± 33 cm/cm2 vs. control: 141 ± 7 cm/cm2; day1, p<0·05). Arteriolar diameter, red blood cell velocity and blood flow were comparable between the 3 experimental groups. SW-application significantly decreased the ischemiainduced inflammatory response (apoptotic cell death and leukocyte-endothelial interaction: (p<0·05)). Sprouts indicating angiogenesis were observed from day 7 only after SW-application. Conclusions: SW protects ischemically challenged musculocutaneous tissue. Interestingly, postoperative SW-application is as efficient as preoperative SWapplication. The protective effect induced by mechanical stress might be based on an early recruitment of ''sleeping capillaries'' maintaining nutritive perfusion and an anti-inflammatory effect within the ischemically jeopardized tissue. SWapplication provides a non-invasive alternative to local thermic and systemic pre-treatment of endangered tissues.

Conjugation of a Ru(II) Arene Complex to Neomycin or to Guanidinoneomycin Leads to Compounds with Differential Cytotoxicities and Accumulation between Cancer and Normal Cells

A straightforward methodology for the synthesis of conjugates between a cytotoxic organometallic ruthenium(II) complex and amino- and guanidinoglycosides, as potential RNA-targeted anticancer compounds, is described. Under microwave irradiation, the imidazole ligand incorporated on the aminoglycoside moiety (neamine or neomycin) was found to replace one triphenylphosphine ligand from the ruthenium precursor [(η6-p-cym)RuCl(PPh3)2]+, allowing the assembly of the target conjugates. The guanidinylated analogue was easily prepared from the neomycin-ruthenium conjugate by reaction with N,N′-di-Boc-N″-triflylguanidine, a powerful guanidinylating reagent that was compatible with the integrity of the metal complex. All conjugates were purified by semipreparative high-performance liquid chromatography (HPLC) and characterized by electrospray ionization (ESI) and matrix-assisted laser desorption-ionization time-of-flight (MALDI-TOF) mass spectrometry (MS) and NMR spectroscopy. The cytotoxicity of the compounds was tested in MCF-7 (breast) and DU-145 (prostate) human cancer cells, as well as in the normal HEK293 (Human Embryonic Kidney) cell line, revealing a dependence on the nature of the glycoside moiety and the type of cell (cancer or healthy). Indeed, the neomycin-ruthenium conjugate (2) displayed moderate antiproliferative activity in both cancer cell lines (IC50 ≈ 80 μM), whereas the neamine conjugate (4) was inactive (IC50 ≈ 200 μM). However, the guanidinylated analogue of the neomycin-ruthenium conjugate (3) required much lower concentrations than the parent conjugate for equal effect (IC50 = 7.17 μM in DU-145 and IC50 = 11.33 μM in MCF-7). Although the same ranking in antiproliferative activity was found in the nontumorigenic cell line (3 2 > 4), IC50 values indicate that aminoglycoside-containing conjugates are about 2-fold more cytotoxic in normal cells (e.g., IC50 = 49.4 μM for 2) than in cancer cells, whereas an opposite tendency was found with the guanidinylated conjugate, since its cytotoxicity in the normal cell line (IC50 = 12.75 μM for 3) was similar or even lower than that found in MCF-7 and DU-145 cancer cell lines, respectively. Cell uptake studies performed by ICP-MS with conjugates 2 and 3 revealed that guanidinylation of the neomycin moiety had a positive effect on accumulation (about 3-fold higher in DU-145 and 4-fold higher in HEK293), which correlates well with the higher antiproliferative activity of 3. Interestingly, despite the slightly higher accumulation in the normal cell than in the cancer cell line (about 1.4-fold), guanidinoneomycin-ruthenium conjugate (3) was more cytotoxic to cancer cells (about 1.8-fold), whereas the opposite tendency applied for neomycin-ruthenium conjugate (2). Such differences in cytotoxic activity and cellular accumulation between cancer and normal cells open the way to the creation of more selective, less toxic anticancer metallodrugs by conjugating cytotoxic metal-based complexes such as ruthenium(II) arene derivatives to guanidinoglycosides.

Quantifying the time for accurate EEG decoding of single value-based decisions.

BACKGROUND: Recent neuroimaging studies suggest that value-based decision-making may rely on mechanisms of evidence accumulation. However no studies have explicitly investigated the time when single decisions are taken based on such an accumulation process. NEW METHOD: Here, we outline a novel electroencephalography (EEG) decoding technique which is based on accumulating the probability of appearance of prototypical voltage topographies and can be used for predicting subjects' decisions. We use this approach for studying the time-course of single decisions, during a task where subjects were asked to compare reward vs. loss points for accepting or rejecting offers. RESULTS: We show that based on this new method, we can accurately decode decisions for the majority of the subjects. The typical time-period for accurate decoding was modulated by task difficulty on a trial-by-trial basis. Typical latencies of when decisions are made were detected at ∼500ms for 'easy' vs. ∼700ms for 'hard' decisions, well before subjects' response (∼340ms). Importantly, this decision time correlated with the drift rates of a diffusion model, evaluated independently at the behavioral level. COMPARISON WITH EXISTING METHOD(S): We compare the performance of our algorithm with logistic regression and support vector machine and show that we obtain significant results for a higher number of subjects than with these two approaches. We also carry out analyses at the average event-related potential level, for comparison with previous studies on decision-making. CONCLUSIONS: We present a novel approach for studying the timing of value-based decision-making, by accumulating patterns of topographic EEG activity at single-trial level.

Caloric restriction induces energy-sparing alterations in skeletal muscle contraction, fiber composition and local thyroid hormone metabolism that persist during catch-up fat upon refeeding.

Weight regain after caloric restriction results in accelerated fat storage in adipose tissue. This catch-up fat phenomenon is postulated to result partly from suppressed skeletal muscle thermogenesis, but the underlying mechanisms are elusive. We investigated whether the reduced rate of skeletal muscle contraction-relaxation cycle that occurs after caloric restriction persists during weight recovery and could contribute to catch-up fat. Using a rat model of semistarvation-refeeding, in which fat recovery is driven by suppressed thermogenesis, we show that contraction and relaxation of leg muscles are slower after both semistarvation and refeeding. These effects are associated with (i) higher expression of muscle deiodinase type 3 (DIO3), which inactivates tri-iodothyronine (T3), and lower expression of T3-activating enzyme, deiodinase type 2 (DIO2), (ii) slower net formation of T3 from its T4 precursor in muscles, and (iii) accumulation of slow fibers at the expense of fast fibers. These semistarvation-induced changes persisted during recovery and correlated with impaired expression of transcription factors involved in slow-twitch muscle development. We conclude that diminished muscle thermogenesis following caloric restriction results from reduced muscle T3 levels, alteration in muscle-specific transcription factors, and fast-to-slow fiber shift causing slower contractility. These energy-sparing effects persist during weight recovery and contribute to catch-up fat.

Time-Varying Benefits of International Diversification for Finnish Investor: Country-Specific Strategy Concentrating on Emerging Markets

The main objective of this study is to investigate whether the Finnish investors’ country-specific strategy concentrating on emerging markets provides diversification benefits. We also analyze whether the benefits of international diversification has been diminished after periods of high volatility caused by different market crisis. The objective is investigated with three methods: Correlation coefficients, rolling correlations added with OLS trend-lines and Box’s M statistic. All the empirical tests are analyzed and calculated with logarithmic returns of weekly time series data from Friday closing values between January 1995 and December 2007. The number of weekly observations is 678. The data type is total return indices of different countries. Data is collected from DataStream and provided by Datastream Financial. Countries investigated are Finland, Argentina, Brazil, Chile, China, India, Mexico, Poland, Russia, South Africa, South Korea, Thailand and Turkey. The current data is quoted both in U.S. Dollars and local currencies. The empirical results of this thesis show that the correlation coefficients are time-varying across Finland and 12 emerging market countries. Although the correlations have risen from 1995 to 2007, there can be found sub-periods where the correlation has declined from earlier period. The results also indicate that a Finnish investor constructing a portfolio of emerging market countries cannot rely on the correlation coefficients estimated from historical data because of the instability of correlation matrices.

Wavelets in real-time paper web analysis

Online paper web analysis relies on traversing scanners that criss-cross on top of a rapidly moving paper web. The sensors embedded in the scanners measure many important quality variables of paper, such as basis weight, caliper and porosity. Most of these quantities are varying a lot and the measurements are noisy at many different scales. The zigzagging nature of scanning makes it difficult to separate machine direction (MD) and cross direction (CD) variability from one another. For improving the 2D resolution of the quality variables above, the paper quality control team at the Department of Mathematics and Physics at LUT has implemented efficient Kalman filtering based methods that currently use 2D Fourier series. Fourier series are global and therefore resolve local spatial detail on the paper web rather poorly. The target of the current thesis is to study alternative wavelet based representations as candidates to replace the Fourier basis for a higher resolution spatial reconstruction of these quality variables. The accuracy of wavelet compressed 2D web fields will be compared with corresponding truncated Fourier series based fields.

Targeting iron-mediated retinal degeneration by local delivery of transferrin.

Iron is essential for retinal function but contributes to oxidative stress-mediated degeneration. Iron retinal homeostasis is highly regulated and transferrin (Tf), a potent iron chelator, is endogenously secreted by retinal cells. In this study, therapeutic potential of a local Tf delivery was evaluated in animal models of retinal degeneration. After intravitreal injection, Tf spread rapidly within the retina and accumulated in photoreceptors and retinal pigment epithelium, before reaching the blood circulation. Tf injected in the vitreous prior and, to a lesser extent, after light-induced retinal degeneration, efficiently protected the retina histology and function. We found an association between Tf treatment and the modulation of iron homeostasis resulting in a decrease of iron content and oxidative stress marker. The immunomodulation function of Tf could be seen through a reduction in macrophage/microglial activation as well as modulated inflammation responses. In a mouse model of hemochromatosis, Tf had the capacity to clear abnormal iron accumulation from retinas. And in the slow P23H rat model of retinal degeneration, a sustained release of Tf in the vitreous via non-viral gene therapy efficently slowed-down the photoreceptors death and preserved their function. These results clearly demonstrate the synergistic neuroprotective roles of Tf against retinal degeneration and allow identify Tf as an innovative and not toxic therapy for retinal diseases associated with oxidative stress.

Imaging the time-integrated cerebral metabolic activity with subcellular resolution through nanometer-scale detection of biosynthetic products deriving from (13)C-glucose.

Glucose is the primary source of energy for the brain but also an important source of building blocks for proteins, lipids, and nucleic acids. Little is known about the use of glucose for biosynthesis in tissues at the cellular level. We demonstrate that local cerebral metabolic activity can be mapped in mouse brain tissue by quantitatively imaging the biosynthetic products deriving from [U-(13)C]glucose metabolism using a combination of in situ electron microscopy and secondary ion mass-spectroscopy (NanoSIMS). Images of the (13)C-label incorporated into cerebral ultrastructure with ca. 100nm resolution allowed us to determine the timescale on which the metabolic products of glucose are incorporated into different cells, their sub-compartments and organelles. These were mapped in astrocytes and neurons in the different layers of the motor cortex. We see evidence for high metabolic activity in neurons via the nucleus (13)C enrichment. We observe that in all the major cell compartments, such as e.g. nucleus and Golgi apparatus, neurons incorporate substantially higher concentrations of (13)C-label than astrocytes.

Characterization of local and systemic immune-modulation in melanoma patients

Le mélanome cutané est un des cancers les plus agressifs et dont l'incidence augmente le plus en Suisse. Une fois métastatique, le pronostic de survie moyenne avec les thérapies actuelles est d'environ huit mois, avec moins de 5% de survie à cinq ans. Les récents progrès effectués dans la compréhension de la biologie de la cellule tumorale mais surtout dans l'importance du système immunitaire dans le contrôle de ce cancer ont permis le développement de nouveaux traitements novateurs et prometteurs. Ces thérapies, appelées immunothérapies, reposent sur la stimulation et l'augmentation de la réponse immunitaire à la tumeur. Alors que les derniers essais cliniques ont démontré l'efficacité de ces traitements chez les patients avec des stades avancés de la maladie, le contrôle de la maladie à long- terme est seulement atteint chez une minorité des patients. La suppression locale et systémique de la réponse immunitaire spécifique anti-tumorale apparaitrait comme une des raisons expliquant la persistance d'un mauvais pronostic clinique chez ces patients. Des études sur les souris ont montré que les vaisseaux lymphatiques joueraient un rôle primordial dans ce processus en induisant une tolérance immune, ce qui permettrait à la tumeur d'échapper au contrôle du système immunitaire et métastatiser plus facilement. Ces excitantes découvertes n'ont pas encore été établi et prouvé chez l'homme. Dans cette thèse, nous montrons pour la première fois que les vaisseaux lymphatiques sont directement impliqués dans la modulation de la réponse immunitaire au niveau local et systémique dans le mélanome chez l'homme. Ces récentes découvertes montrent le potentiel de combiner des thérapies visant le système lymphatique avec les immunothérapies actuellement utilisées afin d'améliorer le pronostic des patients atteint du mélanome. -- Cutaneous melanoma is one of the most invasive and metastatic human cancers and causes 75% of skin cancer mortality. Current therapies such as surgery and chemotherapy fail to control metastatic disease, and relapse occurs frequently due to microscopic residual lesions. It is, thus, essential to develop and optimize novel therapeutic strategies to improve curative responses in these patients. In recent decades, tumor immunologists have revealed the development of spontaneous adaptive immune responses in melanoma patients, leading to the accumulation of highly differentiated tumor-specific T cells at the tumor site. This remains one of the most powerful prognostic markers to date. Immunotherapies that augment the natural function of these tumor-specific T cells have since emerged as highly attractive therapeutic approaches to eliminate melanoma cells. While recent clinical trials have demonstrated great progress in the treatment of advanced stage melanoma, long-term disease control is still only achieved in a minority of patients. Local and systemic immune suppression by the tumor appears to be responsible, in part, for this poor clinical evolution. These facts underscore the need for a better analysis and characterization of immune- related pathways within the tumor microenvironment (TME), as well as at the systemic level. The overall goal of this thesis is, thus, to obtain greater insight into the complexity and heterogeneity of the TME in human melanoma, as well as to investigate immune modulation beyond the TME, which ultimately influences the immune system throughout the whole body. To achieve this, we established two main objectives: to precisely characterize local and systemic immune modulation (i) in untreated melanoma patients and (ii) in patients undergoing peptide vaccination or checkpoint blockade therapy with anti-cytotoxic T- lymphocyte-asisctaed protein-4 (CTLA-4) antibody. In the first and main part of this thesis, we analyzed lymphatic vessels in relation to anti-tumor immune responses in tissues from vaccinated patients using a combination of immunohistochemistry (IHC) techniques, whole slide scanning/analysis, and an automatic quantification system. Strikingly, we found that increased lymphatic vessel density was associated with high expression of immune suppressive molecules, low functionality of tumor-infiltrating CD8+ T cells and decreased cytokine production by tumor-antigen specific CD8+ T cells in the blood. These data revealed a previously unappreciated local and systemic role of lymphangiogenesis in modulating T cell responses in human cancer and support the use of therapies that target lymphatic vessels combined with existing and future T cell based therapies. In the second objective, we describe a metastatic melanoma patient who developed pulmonary sarcoid-like granulomatosis following repetitive vaccination with peptides and CpG. We demonstrated that the onset of this pulmonary autoimmune adverse event was related to the development of a strong and long-lasting tumor-specific CD8+ T cell response. This constitutes the first demonstration that a new generation tumor vaccine can induce the development of autoimmune adverse events. In the third objective, we assessed the use of Fourier Transform Infrared (FTIR) imaging to identify melanoma cells and lymphocyte subpopulations in lymph node (LN) metastasis tissues, thanks to a fruitful collaboration with researchers in Brussels. We demonstrated that the different cell types in metastatic LNs have different infrared spectral features allowing automated identification of these cells. This technic is therefore capable of distinguishing known and novel biological features in human tissues and has, therefore, significant potential as a tool for histopathological diagnosis and biomarker assessment. Finally, in the fourth objective, we investigated the role of colony- stimulating factor-1 (CSF-1) in modulating the anti-tumor response in ipilimumab-treated patients using IHC and in vitro co-cultures, revealing that melanoma cells produce CSF-1 via CTL-derived cytokines when attacked by cytotoxic T lymphocytes (CTLs), resulting in the recruitment of immunosuppressive monocytes. These findings support the combined use of CSF-1R blockade with T cell based immunotherapy for melanoma patients. Taken together, our results reveal the existence of novel mechanisms of immune modulation and thus promote the optimization of combination immunotherapies against melanoma. -- Le mélanome cutané est un des cancers humains les plus invasifs et métastatiques et est responsable de 75% de la mortalité liée aux cancers de la peau. Les thérapies comme la chirurgie et la chimiothérapie ont échoué à contrôler le mélanome métastatique, par ailleurs les rechutes sous ces traitements ont été montrées fréquentes. Il est donc essentiel de développer et d'optimiser de nouvelles stratégies thérapeutiques pour améliorer les réponses thérapeutiques de ces patients. Durant les dernières décennies, les immunologistes spécialisés dans les tumeurs ont démontré qu'un patient atteint du mélanome pouvait développer spontanément une réponse immune adaptative à sa tumeur et que l'accumulation de cellules T spécifiques tumorales au sein même de la tumeur était un des plus puissants facteurs pronostiques. Les immunothérapies qui ont pour but d'augmenter les fonctions naturelles de ces cellules T spécifiques tumorales ont donc émergé comme des approches thérapeutiques très attractives pour éliminer les cellules du mélanome. Alors que les derniers essais cliniques ont démontré un progrès important dans le traitement des formes avancées du mélanome, le contrôle de la maladie à long-terme est seulement atteint chez une minorité des patients. La suppression immune locale et systémique apparaitrait comme une des raisons expliquant la persistance d'un mauvais pronostic clinique chez ces patients. Ces considérations soulignent la nécessité de mieux analyser et caractériser les voies immunitaires non seulement au niveau local dans le microenvironement tumoral mais aussi au niveau systémique dans le sang des patients. Le but de cette thèse est d'obtenir une plus grande connaissance de la complexité et de l'hétérogénéité du microenvironement tumoral dans les mélanomes mais aussi d'investiguer la modulation immunitaire au delà du microenvironement tumoral au niveau systémique. Afin d'atteindre ce but, nous avons établi deux objectifs principaux : caractériser précisément la modulation locale et systémique du système immunitaire (i) chez les patients atteints du mélanome qui n'ont pas reçu de traitement et (ii) chez les patients qui ont été traités soit par des vaccins soit par des thérapies qui bloquent les points de contrôles. Dans la première et majeure partie de cette thèse, nous avons analysé les vaisseaux lymphatiques en relation avec la réponse immunitaire anti-tumorale dans les tissus des patients vaccinés grâce à des techniques d'immunohistochimie et de quantification informatisé et automatique des marquages. Nous avons trouvé qu'une densité élevée de vaisseaux lymphatiques dans la tumeur était associée à une plus grande expression de molécules immunosuppressives ainsi qu'à une diminution de la fonctionnalité des cellules T spécifiques tumoral dans la tumeur et dans le sang des patients. Ces résultats révèlent un rôle jusqu'à là inconnu des vaisseaux lymphatiques dans la modulation directe du système immunitaire au niveau local et systémique dans les cancers de l'homme. Cette recherche apporte finalement des preuves du potentiel de combiner des thérapies visant le système lymphatique avec des autres immunothérapies déjà utilisées en clinique. Dans le second objectif, nous rapportons le cas d'un patient atteint d'un mélanome avec de multiples métastases qui a développé à la suite de plusieurs vaccinations répétées et consécutives avec des peptides et du CpG, un évènement indésirable sous la forme d'une granulomatose pulmonaire sarcoid-like. Nous avons démontré que l'apparition de cet évènement était intimement liée au développement d'une réponse immunitaire durable et spécifique contre les antigènes de la tumeur. Par là- même, nous prouvons pour la première fois que la nouvelle génération de vaccins est aussi capable d'induire des effets indésirables auto-immuns. Pour le troisième objectif, nous avons voulu savoir si l'utilisation de la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (IRTF) était capable d'identifier les cellules du mélanome ainsi que les différents sous-types cellulaires dans les ganglions métastatiques. Grâce à nos collaborateurs de Bruxelles, nous avons pu établir que les diverses composantes cellulaires des ganglions atteints par des métastases du mélanome présentaient des spectres infrarouges différents et qu'elles pouvaient être identifiées d'une façon automatique. Cette nouvelle technique permettrait donc de distinguer des caractéristiques biologiques connues ou nouvelles dans les tissus humains qui auraient des retombées pratiques importantes dans le diagnostic histopathologique et dans l'évaluation des biomarqueurs. Finalement dans le dernier objectif, nous avons investigué le rôle du facteur de stimulation des colonies (CSF-1) dans la modulation de la réponse immunitaire anti-tumorale chez les patients qui ont été traités par l'Ipilimumab. Nos expériences in vivo au niveau des tissus tumoraux et nos co-cultures in vitro nous ont permis de démontrer que les cytokines secrétées par les cellules T spécifiques anti-tumorales induisaient la sécrétion de CSF-1 dans les cellules du mélanome ce qui résultait en un recrutement de monocytes immunosuppresseurs. Dans son ensemble, cette thèse révèle donc l'existence de nouveaux mécanismes de modulation de la réponse immunitaire anti-tumorale et propose de nouvelles optimisations de combinaison d'immunothérapies contre le mélanome.

Transient shear banding in time-dependent fluids

We study the dynamics of shear-band formation and evolution using a simple rheological model. The description couples the local structure and viscosity to the applied shear stress. We consider in detail the Couette geometry, where the model is solved iteratively with the Navier-Stokes equation to obtain the time evolution of the local velocity and viscosity fields. It is found that the underlying reason for dynamic effects is the nonhomogeneous shear distribution, which is amplified due to a positive feedback between the flow field and the viscosity response of the shear thinning fluid. This offers a simple explanation for the recent observations of transient shear banding in time-dependent fluids. Extensions to more complicated rheological systems are considered.

Analysis of space-time environmental data in complex regions

This thesis develops a comprehensive and a flexible statistical framework for the analysis and detection of space, time and space-time clusters of environmental point data. The developed clustering methods were applied in both simulated datasets and real-world environmental phenomena; however, only the cases of forest fires in Canton of Ticino (Switzerland) and in Portugal are expounded in this document. Normally, environmental phenomena can be modelled as stochastic point processes where each event, e.g. the forest fire ignition point, is characterised by its spatial location and occurrence in time. Additionally, information such as burned area, ignition causes, landuse, topographic, climatic and meteorological features, etc., can also be used to characterise the studied phenomenon. Thereby, the space-time pattern characterisa- tion represents a powerful tool to understand the distribution and behaviour of the events and their correlation with underlying processes, for instance, socio-economic, environmental and meteorological factors. Consequently, we propose a methodology based on the adaptation and application of statistical and fractal point process measures for both global (e.g. the Morisita Index, the Box-counting fractal method, the multifractal formalism and the Ripley's K-function) and local (e.g. Scan Statistics) analysis. Many measures describing the space-time distribution of environmental phenomena have been proposed in a wide variety of disciplines; nevertheless, most of these measures are of global character and do not consider complex spatial constraints, high variability and multivariate nature of the events. Therefore, we proposed an statistical framework that takes into account the complexities of the geographical space, where phenomena take place, by introducing the Validity Domain concept and carrying out clustering analyses in data with different constrained geographical spaces, hence, assessing the relative degree of clustering of the real distribution. Moreover, exclusively to the forest fire case, this research proposes two new methodologies to defining and mapping both the Wildland-Urban Interface (WUI) described as the interaction zone between burnable vegetation and anthropogenic infrastructures, and the prediction of fire ignition susceptibility. In this regard, the main objective of this Thesis was to carry out a basic statistical/- geospatial research with a strong application part to analyse and to describe complex phenomena as well as to overcome unsolved methodological problems in the characterisation of space-time patterns, in particular, the forest fire occurrences. Thus, this Thesis provides a response to the increasing demand for both environmental monitoring and management tools for the assessment of natural and anthropogenic hazards and risks, sustainable development, retrospective success analysis, etc. The major contributions of this work were presented at national and international conferences and published in 5 scientific journals. National and international collaborations were also established and successfully accomplished. -- Cette thèse développe une méthodologie statistique complète et flexible pour l'analyse et la détection des structures spatiales, temporelles et spatio-temporelles de données environnementales représentées comme de semis de points. Les méthodes ici développées ont été appliquées aux jeux de données simulées autant qu'A des phénomènes environnementaux réels; nonobstant, seulement le cas des feux forestiers dans le Canton du Tessin (la Suisse) et celui de Portugal sont expliqués dans ce document. Normalement, les phénomènes environnementaux peuvent être modélisés comme des processus ponctuels stochastiques ou chaque événement, par ex. les point d'ignition des feux forestiers, est déterminé par son emplacement spatial et son occurrence dans le temps. De plus, des informations tels que la surface bru^lée, les causes d'ignition, l'utilisation du sol, les caractéristiques topographiques, climatiques et météorologiques, etc., peuvent aussi être utilisées pour caractériser le phénomène étudié. Par conséquent, la définition de la structure spatio-temporelle représente un outil puissant pour compren- dre la distribution du phénomène et sa corrélation avec des processus sous-jacents tels que les facteurs socio-économiques, environnementaux et météorologiques. De ce fait, nous proposons une méthodologie basée sur l'adaptation et l'application de mesures statistiques et fractales des processus ponctuels d'analyse global (par ex. l'indice de Morisita, la dimension fractale par comptage de boîtes, le formalisme multifractal et la fonction K de Ripley) et local (par ex. la statistique de scan). Des nombreuses mesures décrivant les structures spatio-temporelles de phénomènes environnementaux peuvent être trouvées dans la littérature. Néanmoins, la plupart de ces mesures sont de caractère global et ne considèrent pas de contraintes spatiales com- plexes, ainsi que la haute variabilité et la nature multivariée des événements. A cet effet, la méthodologie ici proposée prend en compte les complexités de l'espace géographique ou le phénomène a lieu, à travers de l'introduction du concept de Domaine de Validité et l'application des mesures d'analyse spatiale dans des données en présentant différentes contraintes géographiques. Cela permet l'évaluation du degré relatif d'agrégation spatiale/temporelle des structures du phénomène observé. En plus, exclusif au cas de feux forestiers, cette recherche propose aussi deux nouvelles méthodologies pour la définition et la cartographie des zones périurbaines, décrites comme des espaces anthropogéniques à proximité de la végétation sauvage ou de la forêt, et de la prédiction de la susceptibilité à l'ignition de feu. A cet égard, l'objectif principal de cette Thèse a été d'effectuer une recherche statistique/géospatiale avec une forte application dans des cas réels, pour analyser et décrire des phénomènes environnementaux complexes aussi bien que surmonter des problèmes méthodologiques non résolus relatifs à la caractérisation des structures spatio-temporelles, particulièrement, celles des occurrences de feux forestières. Ainsi, cette Thèse fournit une réponse à la demande croissante de la gestion et du monitoring environnemental pour le déploiement d'outils d'évaluation des risques et des dangers naturels et anthro- pogéniques. Les majeures contributions de ce travail ont été présentées aux conférences nationales et internationales, et ont été aussi publiées dans 5 revues internationales avec comité de lecture. Des collaborations nationales et internationales ont été aussi établies et accomplies avec succès.

Local map update for large scale SLAM

A technique for simultaneous localisation and mapping (SLAM) for large scale scenarios is presented. This solution is based on the use of independent submaps of a limited size to map large areas. In addition, a global stochastic map, containing the links between adjacent submaps, is built. The information in both levels is corrected every time a loop is closed: local maps are updated with the information from overlapping maps, and the global stochastic map is optimised by means of constrained minimisation

Characterizing major avalanche episodes in space and time in the twentieth and early twentyfirst centuries in the Catalan Pyrenees

With the aim of better understanding avalanche risk in the Catalan Pyrenees, the present work focuses on the analysis of major (or destructive) avalanches. For such purpose major avalanche cartography was made by an exhaustive photointerpretation of several flights, winter and summer field surveys and inquiries to local population. Major avalanche events were used to quantify the magnitude of the episodes during which they occurred, and a Major Avalanche Activity Magnitude Index (MAAMI) was developed. This index is based on the number of major avalanches registered and its estimated frequency in a given time period, hence it quantifies the magnitude of a major avalanche episode or winter. Furthermore, it permits a comparison of the magnitude between major avalanche episodes in a given mountain range, or between mountain ranges, and for a long enough period, it should allow analysis of temporal trends. Major episodes from winter 1995/96 to 2013/14 were reconstructed. Their magnitude, frequency and extent were also assessed. During the last 19 winters, the episodes of January 22-23 and February 6-8 in 1996 were those with highest MAAMI values,followed by January 30-31, 2003, January 29, 2006, and January 24-25, 2014. To analyze the whole twentieth century, a simplified MAAMI was defined in order to attain the same purpose with a less complete dataset. With less accuracy, the same parameters were obtained at winter time resolution throughout the twentieth century. Again, 1995/96 winter had the highest MAAMI value followed by 1971/72, 1974/75 and 1937/38 winter seasons. The analysis of the spatial extent of the different episodes allowed refining the demarcation of nivological regions, and improving our knowledge about the atmospheric patterns that cause major episodes and their climatic interpretation. In some cases, the importance of considering a major avalanche episode as the result of a previous preparatory period, followed by a triggering one was revealed.