Neuromotor Mechanisms Involved in the Recovery from Local Muscular Fatigue

The phenomenon of over-recovery consists of a participant’s maximal force levels returning to values above initial levels. The present study examined the presence and causes of over-recovery following local muscular fatigue. Fourteen males completed two fatigue protocols consisting of maximal isometric dorsiflexion contractions. Upon completion of the fatigue protocol participants’ force was monitored over a 15 minute recovery period. Dorsiflexion force and surface electromyography (sEMG) from the tibialis anterior and soleus were monitored concurrently. Following the two fatigue conditions (10 and 20% force decrement) force recovered to 100.5 and 99.5% of initial levels for each condition, respectively. Surface EMG root-mean-square amplitude and MPF exhibited changes consistent with a warm-up effect. It was concluded that over-recovery was not present in the tibialis anterior following a local muscular fatigue. However, the return in force to initial values, rather than a persistent decrement as normally observed, was mediated by the warm-up effect.

Phonon spectra and temperature variation of thermodynamic properties of fcc metals via Finnis-Sinclair type many body potentials: Sutton-Chen and improved Sutton-Chen models

Volume(density)-independent pair-potentials cannot describe metallic cohesion adequately as the presence of the free electron gas renders the total energy strongly dependent on the electron density. The embedded atom method (EAM) addresses this issue by replacing part of the total energy with an explicitly density-dependent term called the embedding function. Finnis and Sinclair proposed a model where the embedding function is taken to be proportional to the square root of the electron density. Models of this type are known as Finnis-Sinclair many body potentials. In this work we study a particular parametrization of the Finnis-Sinclair type potential, called the "Sutton-Chen" model, and a later version, called the "Quantum Sutton-Chen" model, to study the phonon spectra and the temperature variation thermodynamic properties of fcc metals. Both models give poor results for thermal expansion, which can be traced to rapid softening of transverse phonon frequencies with increasing lattice parameter. We identify the power law decay of the electron density with distance assumed by the model as the main cause of this behaviour and show that an exponentially decaying form of charge density improves the results significantly. Results for Sutton-Chen and our improved version of Sutton-Chen models are compared for four fcc metals: Cu, Ag, Au and Pt. The calculated properties are the phonon spectra, thermal expansion coefficient, isobaric heat capacity, adiabatic and isothermal bulk moduli, atomic root-mean-square displacement and Gr\"{u}neisen parameter. For the sake of comparison we have also considered two other models where the distance-dependence of the charge density is an exponential multiplied by polynomials. None of these models exhibits the instability against thermal expansion (premature melting) as shown by the Sutton-Chen model. We also present results obtained via pure pair potential models, in order to identify advantages and disadvantages of methods used to obtain the parameters of these potentials.

The electromyographic threshold in boys and men

Abstract Background Children have been shown to have higher lactate (LaTh) and ventilatory (VeTh) thresholds than adults, which might be explained by lower levels of type-II motor-unit (MU) recruitment. However, the electromyographic threshold (EMGTh), regarded as indicating the onset of accelerated type-II MU recruitment, has been investigated only in adults. Purpose To compare the relative exercise intensity at which the EMGTh occurs in boys versus men. Methods Participants were 21 men (23.4 ± 4.1 years) and 23 boys (11.1 ± 1.1 years), with similar habitual physical activity and peak oxygen consumption (VO2pk) (49.7 ± 5.5 vs. 50.1 ± 7.4 ml kg−1 min−1, respectively). Ramped cycle ergometry was conducted to volitional exhaustion with surface EMG recorded from the right and left vastus lateralis muscles throughout the test (~10 min). The composite right–left EMG root mean square (EMGRMS) was then calculated per pedal revolution. The EMGTh was then determined as the exercise intensity at the point of least residual sum of squares for any two regression line divisions of the EMGRMS plot. Results EMGTh was detected in 20/21 of the men (95.2 %) and only in 18/23 of the boys (78.3 %). The boys’ EMGTh was significantly higher than the men’s (86.4 ± 9.6 vs. 79.7 ± 10.0 % of peak power output at exhaustion; p < 0.05). The pattern was similar when EMGTh was expressed as percentage of VO2pk. Conclusions The boys’ higher EMGTh suggests delayed and hence lesser utilization of type-II MUs in progressive exercise, compared with men. The boys–men EMGTh differences were of similar magnitude as those shown for LaTh and VeTh, further suggesting a common underlying factor.

La prévision de l’inflation par la méthode des réseaux de neurones : Le cas de la Tunisie

L’approche neuronale a occupé l’intérêt d’un grand nombre de chercheurs pour l’analyse et la prévision des séries temporelles dans divers domaines. Dans ce papier, nous étudions la capacité des réseaux de neurones artificiels (RNA) de type « perceptrons multicouches » pour prévoir le taux d’inflation en Tunisie. Nous essayons de trouver une meilleure technique de prévision de l’inflation en comparant les résultats obtenus par les RNA par rapport à ceux fournis par les modèles autorégressifs linéaires (AR) et par le modèle de prévision « naïve ». La comparaison est effectuée sur la base du critère de la racine carrée de l’erreur quadratique moyenne (root-mean-square error : RMSE) et sur le taux d’amélioration de ce dernier (évalué par rapport à la marche aléatoire). Les résultats trouvés ont montré la supériorité des RNA qui permettent de mieux retracer l’évolution de la série et offrent une meilleure performance en termes de pouvoir prédictif du taux d’inflation en Tunisie.

Study on the activation of the biceps brachii compartments in normal subjects

Les prothèses myoélectriques modernes peuvent être dotées de plusieurs degrés de liberté ce qui nécessite plusieurs signaux musculaires pour en exploiter pleinement les capacités. Pour obtenir plus de signaux, il nous a semblé prometteur d'expérimenter si les 6 compartiments du biceps brachial pouvaient être mis sous tension de façon volontaire et obtenir ainsi 6 signaux de contrôle au lieu d'un seul comme actuellement. Des expériences ont donc été réalisées avec 10 sujets normaux. Des matrices d'électrodes ont été placées en surface au-dessus du chef court et long du biceps pour recueillir les signaux électromyographiques (EMG) générés par le muscle lors de contractions effectuées alors que les sujets étaient soit assis, le coude droit fléchi ~ 100 ° ou debout avec le bras droit tendu à l'horizontale dans le plan coronal (sur le côté). Dans ces deux positions, la main était soit en supination, soit en position neutre, soit en pronation. L'amplitude des signaux captés au-dessus du chef court du muscle a été comparée à ceux obtenus à partir du chef long. Pour visualiser la forme du biceps sous les électrodes l'imagerie ultrasonore a été utilisée. En fonction de la tâche à accomplir, l'activité EMG a était plus importante soit dans un chef ou dans l'autre. Le fait de pouvoir activer préférentiellement l'un des 2 chefs du biceps, même si ce n'est pas encore de façon complètement indépendante, suggère que l'utilisation sélective des compartiments pourrait être une avenue possible pour faciliter le contrôle des prothèses myoélectriques du membre supérieur.

Développement et validation d'un modèle de simulation numérique personnalisé à une athlète de plongeon

Les entraîneurs en sports acrobatiques disposent de peu d’outils permettant d’améliorer leur compréhension des saltos vrillés et la performance des athlètes. L’objectif de ce mémoire était de développer un environnement graphique de simulation numérique réaliste et utile des acrobaties aériennes. Un modèle composé de 17 segments et de 42 degrés de liberté a été développé et personnalisé à une athlète de plongeon. Un système optoélectronique échantillonné à 300 Hz a permis l’acquisition de huit plongeons en situation réelle d’entraînement. La cinématique articulaire reconstruite avec un filtre de Kalman étendu a été utilisée comme entrée du modèle. Des erreurs quadratiques moyennes de 20° (salto) et de 9° (vrille) entre les performances simulées et réelles ont permis de valider le modèle. Enfin, une formation basée sur le simulateur a été offerte à 14 entraîneurs en sports acrobatiques. Une augmentation moyenne de 11 % des résultats aux questionnaires post-test a permis de constater le potentiel pédagogique de l’outil pour la formation.

Méthodes de génération et de validation de champs de déformation pour la recombinaison de distribution de dose à l’aide d’images 4DCT dans le cadre d’une planification de traitement de cancers pulmonaires

Des efforts de recherche considérables ont été déployés afin d'améliorer les résultats de traitement de cancers pulmonaires. L'étude de la déformation de l'anatomie du patient causée par la ventilation pulmonaire est au coeur du processus de planification de traitement radio-oncologique. À l'aide d'images de tomodensitométrie quadridimensionnelles (4DCT), une simulation dosimétrique peut être calculée sur les 10 ensembles d'images du 4DCT. Une méthode doit être employée afin de recombiner la dose de radiation calculée sur les 10 anatomies représentant une phase du cycle respiratoire. L'utilisation de recalage déformable d'images (DIR), une méthode de traitement d'images numériques, génère neuf champs vectoriels de déformation permettant de rapporter neuf ensembles d'images sur un ensemble de référence correspondant habituellement à la phase d'expiration profonde du cycle respiratoire. L'objectif de ce projet est d'établir une méthode de génération de champs de déformation à l'aide de la DIR conjointement à une méthode de validation de leur précision. Pour y parvenir, une méthode de segmentation automatique basée sur la déformation surfacique de surface à été créée. Cet algorithme permet d'obtenir un champ de déformation surfacique qui décrit le mouvement de l'enveloppe pulmonaire. Une interpolation volumétrique est ensuite appliquée dans le volume pulmonaire afin d'approximer la déformation interne des poumons. Finalement, une représentation en graphe de la vascularisation interne du poumon a été développée afin de permettre la validation du champ de déformation. Chez 15 patients, une erreur de recouvrement volumique de 7.6 ± 2.5[%] / 6.8 ± 2.1[%] et une différence relative des volumes de 6.8 ± 2.4 [%] / 5.9 ± 1.9 [%] ont été calculées pour le poumon gauche et droit respectivement. Une distance symétrique moyenne 0.8 ± 0.2 [mm] / 0.8 ± 0.2 [mm], une distance symétrique moyenne quadratique de 1.2 ± 0.2 [mm] / 1.3 ± 0.3 [mm] et une distance symétrique maximale 7.7 ± 2.4 [mm] / 10.2 ± 5.2 [mm] ont aussi été calculées pour le poumon gauche et droit respectivement. Finalement, 320 ± 51 bifurcations ont été détectées dans le poumons droit d'un patient, soit 92 ± 10 et 228 ± 45 bifurcations dans la portion supérieure et inférieure respectivement. Nous avons été en mesure d'obtenir des champs de déformation nécessaires pour la recombinaison de dose lors de la planification de traitement radio-oncologique à l'aide de la méthode de déformation hiérarchique des surfaces. Nous avons été en mesure de détecter les bifurcations de la vascularisation pour la validation de ces champs de déformation.

Impacts fonctionnels du traumatisme craniocérébral léger sur la vision et l'équilibre postural chez l'adulte

Le traumatisme craniocérébral léger (TCCL) a des effets complexes sur plusieurs fonctions cérébrales, dont l’évaluation et le suivi peuvent être difficiles. Les problèmes visuels et les troubles de l’équilibre font partie des plaintes fréquemment rencontrées après un TCCL. En outre, ces problèmes peuvent continuer à affecter les personnes ayant eu un TCCL longtemps après la phase aiguë du traumatisme. Cependant, les évaluations cliniques conventionnelles de la vision et de l’équilibre ne permettent pas, la plupart du temps, d’objectiver ces symptômes, surtout lorsqu’ils s’installent durablement. De plus, il n’existe pas, à notre connaissance, d’étude longitudinale ayant étudié les déficits visuels perceptifs, en tant que tels, ni les troubles de l’équilibre secondaires à un TCCL, chez l’adulte. L’objectif de ce projet était donc de déterminer la nature et la durée des effets d’un tel traumatisme sur la perception visuelle et sur la stabilité posturale, en évaluant des adultes TCCL et contrôles sur une période d’un an. Les mêmes sujets, exactement, ont participé aux deux expériences, qui ont été menées les mêmes jours pour chacun des sujets. L’impact du TCCL sur la perception visuelle de réseaux sinusoïdaux définis par des attributs de premier et de second ordre a d’abord été étudié. Quinze adultes diagnostiqués TCCL ont été évalués 15 jours, 3 mois et 12 mois après leur traumatisme. Quinze adultes contrôles appariés ont été évalués à des périodes identiques. Des temps de réaction (TR) de détection de clignotement et de discrimination de direction de mouvement ont été mesurés. Les niveaux de contraste des stimuli de premier et de second ordre ont été ajustés pour qu’ils aient une visibilité comparable, et les moyennes, médianes, écarts-types (ET) et écarts interquartiles (EIQ) des TR correspondant aux bonnes réponses ont été calculés. Le niveau de symptômes a également été évalué pour le comparer aux données de TR. De façon générale, les TR des TCCL étaient plus longs et plus variables (plus grands ET et EIQ) que ceux des contrôles. De plus, les TR des TCCL étaient plus courts pour les stimuli de premier ordre que pour ceux de second ordre, et plus variables pour les stimuli de premier ordre que pour ceux de second ordre, dans la condition de discrimination de mouvement. Ces observations se sont répétées au cours des trois sessions. Le niveau de symptômes des TCCL était supérieur à celui des participants contrôles, et malgré une amélioration, cet écart est resté significatif sur la période d’un an qui a suivi le traumatisme. La seconde expérience, elle, était destinée à évaluer l’impact du TCCL sur le contrôle postural. Pour cela, nous avons mesuré l’amplitude d’oscillation posturale dans l’axe antéropostérieur et l’instabilité posturale (au moyen de la vitesse quadratique moyenne (VQM) des oscillations posturales) en position debout, les pieds joints, sur une surface ferme, dans cinq conditions différentes : les yeux fermés, et dans un tunnel virtuel tridimensionnel soit statique, soit oscillant de façon sinusoïdale dans la direction antéropostérieure à trois vitesses différentes. Des mesures d’équilibre dérivées de tests cliniques, le Bruininks-Oseretsky Test of Motor Proficiency 2nd edition (BOT-2) et le Balance Error Scoring System (BESS) ont également été utilisées. Les participants diagnostiqués TCCL présentaient une plus grande instabilité posturale (une plus grande VQM des oscillations posturales) que les participants contrôles 2 semaines et 3 mois après le traumatisme, toutes conditions confondues. Ces troubles de l’équilibre secondaires au TCCL n’étaient plus présents un an après le traumatisme. Ces résultats suggèrent également que les déficits affectant les processus d’intégration visuelle mis en évidence dans la première expérience ont pu contribuer aux troubles de l’équilibre secondaires au TCCL. L’amplitude d’oscillation posturale dans l’axe antéropostérieur de même que les mesures dérivées des tests cliniques d’évaluation de l’équilibre (BOT-2 et BESS) ne se sont pas révélées être des mesures sensibles pour quantifier le déficit postural chez les sujets TCCL. L’association des mesures de TR à la perception des propriétés spécifiques des stimuli s’est révélée être à la fois une méthode de mesure particulièrement sensible aux anomalies visuomotrices secondaires à un TCCL, et un outil précis d’investigation des mécanismes sous-jacents à ces anomalies qui surviennent lorsque le cerveau est exposé à un traumatisme léger. De la même façon, les mesures d’instabilité posturale se sont révélées suffisamment sensibles pour permettre de mesurer les troubles de l’équilibre secondaires à un TCCL. Ainsi, le développement de tests de dépistage basés sur ces résultats et destinés à l’évaluation du TCCL dès ses premières étapes apparaît particulièrement intéressant. Il semble également primordial d’examiner les relations entre de tels déficits et la réalisation d’activités de la vie quotidienne, telles que les activités scolaires, professionnelles ou sportives, pour déterminer les impacts fonctionnels que peuvent avoir ces troubles des fonctions visuomotrice et du contrôle de l’équilibre.

A Comparative Study of Convective Parameterization Schemes in WRF-NMM Model

Severe local storms, including tornadoes, damaging hail and wind gusts, frequently occur over the eastern and northeastern states of India during the pre-monsoon season (March-May). Forecasting thunderstorms is one of the most difficult tasks in weather prediction, due to their rather small spatial and temporal extension and the inherent non-linearity of their dynamics and physics. In this paper, sensitivity experiments are conducted with the WRF-NMM model to test the impact of convective parameterization schemes on simulating severe thunderstorms that occurred over Kolkata on 20 May 2006 and 21 May 2007 and validated the model results with observation. In addition, a simulation without convective parameterization scheme was performed for each case to determine if the model could simulate the convection explicitly. A statistical analysis based on mean absolute error, root mean square error and correlation coefficient is performed for comparisons between the simulated and observed data with different convective schemes. This study shows that the prediction of thunderstorm affected parameters is sensitive to convective schemes. The Grell-Devenyi cloud ensemble convective scheme is well simulated the thunderstorm activities in terms of time, intensity and the region of occurrence of the events as compared to other convective schemes and also explicit scheme

Nuclear charge radii from X-ray transitions in muonic atoms of carbon, nitrogen and oxygen

Energies of muonic X-rays of the K-series of carbon, nitrogen and oxygen have been measured with an accuracy of about 15 eV. Root mean square radii of the nuclear charge distributions were deduced. The results 2.49±0.05 fm for carbon, 2.55 ±0.03 fm for nitrogen and 2.71 ±0.02 fm for oxygen are in good agreement at comparable accuracy with recent electron scattering data.

Spatio-temporal resolution studies on a highly compact ultrafast electron diffractometer

Time-resolved diffraction with femtosecond electron pulses has become a promising technique to directly provide insights into photo induced primary dynamics at the atomic level in molecules and solids. Ultrashort pulse duration as well as extensive spatial coherence are desired, however, space charge effects complicate the bunching of multiple electrons in a single pulse.Weexperimentally investigate the interplay between spatial and temporal aspects of resolution limits in ultrafast electron diffraction (UED) on our highly compact transmission electron diffractometer. To that end, the initial source size and charge density of electron bunches are systematically manipulated and the resulting bunch properties at the sample position are fully characterized in terms of lateral coherence, temporal width and diffracted intensity.Weobtain a so far not reported measured overall temporal resolution of 130 fs (full width at half maximum) corresponding to 60 fs (root mean square) and transversal coherence lengths up to 20 nm. Instrumental impacts on the effective signal yield in diffraction and electron pulse brightness are discussed as well. The performance of our compactUEDsetup at selected electron pulse conditions is finally demonstrated in a time-resolved study of lattice heating in multilayer graphene after optical excitation.

Sampling uncertainties in surface radiation budget calculations in RADAGAST

In the Radiative Atmospheric Divergence Using ARM Mobile Facility GERB and AMMA Stations (RADAGAST) project we calculate the divergence of radiative flux across the atmosphere by comparing fluxes measured at each end of an atmospheric column above Niamey, in the African Sahel region. The combination of broadband flux measurements from geostationary orbit and the deployment for over 12 months of a comprehensive suite of active and passive instrumentation at the surface eliminates a number of sampling issues that could otherwise affect divergence calculations of this sort. However, one sampling issue that challenges the project is the fact that the surface flux data are essentially measurements made at a point, while the top-of-atmosphere values are taken over a solid angle that corresponds to an area at the surface of some 2500 km2. Variability of cloud cover and aerosol loading in the atmosphere mean that the downwelling fluxes, even when averaged over a day, will not be an exact match to the area-averaged value over that larger area, although we might expect that it is an unbiased estimate thereof. The heterogeneity of the surface, for example, fixed variations in albedo, further means that there is a likely systematic difference in the corresponding upwelling fluxes. In this paper we characterize and quantify this spatial sampling problem. We bound the root-mean-square error in the downwelling fluxes by exploiting a second set of surface flux measurements from a site that was run in parallel with the main deployment. The differences in the two sets of fluxes lead us to an upper bound to the sampling uncertainty, and their correlation leads to another which is probably optimistic as it requires certain other conditions to be met. For the upwelling fluxes we use data products from a number of satellite instruments to characterize the relevant heterogeneities and so estimate the systematic effects that arise from the flux measurements having to be taken at a single point. The sampling uncertainties vary with the season, being higher during the monsoon period. We find that the sampling errors for the daily average flux are small for the shortwave irradiance, generally less than 5 W m−2, under relatively clear skies, but these increase to about 10 W m−2 during the monsoon. For the upwelling fluxes, again taking daily averages, systematic errors are of order 10 W m−2 as a result of albedo variability. The uncertainty on the longwave component of the surface radiation budget is smaller than that on the shortwave component, in all conditions, but a bias of 4 W m−2 is calculated to exist in the surface leaving longwave flux.

Perturbation growth at the convective scale for CSIP IOP18

The Met Office Unified Model is run for a case observed during Intensive Observation Period 18 (IOP18) of the Convective Storms Initiation Project (CSIP). The aims are to identify the physical processes that lead to perturbation growth at the convective scale in response to model-state perturbations and to determine their sensitivity to the character of the perturbations. The case is strongly upper-level forced but with detailed mesoscale/convective-scale evolution that is dependent on smaller-scale processes. Potential temperature is perturbed within the boundary layer. The effects on perturbation growth of both the amplitude and typical scalelength of the perturbations are investigated and perturbations are applied either sequentially (every 30 min throughout the simulation) or at specific times. The direct effects (within one timestep) of the perturbations are to generate propagating Lamb and acoustic waves and produce generally small changes in cloud parameters and convective instability. In exceptional cases a perturbation at a specific gridpoint leads to switching of the diagnosed boundary-layer type or discontinuous changes in convective instability, through the generation or removal of a lid. The indirect effects (during the entire simulation) are changes in the intensity and location of precipitation and in the cloud size distribution. Qualitatively different behaviour is found for strong (1K amplitude) and weak (0.01K amplitude) perturbations, with faster growth after sunrise found only for the weaker perturbations. However, the overall perturbation growth (as measured by the root-mean-square error of accumulated precipitation) reaches similar values at saturation, regardless of the perturbation characterisation.

Flux comparison of Eulerian and Lagrangian estimates of Agulhas leakage: A case study using a numerical model

Estimating the magnitude of Agulhas leakage, the volume flux of water from the Indian to the Atlantic Ocean, is difficult because of the presence of other circulation systems in the Agulhas region. Indian Ocean water in the Atlantic Ocean is vigorously mixed and diluted in the Cape Basin. Eulerian integration methods, where the velocity field perpendicular to a section is integrated to yield a flux, have to be calibrated so that only the flux by Agulhas leakage is sampled. Two Eulerian methods for estimating the magnitude of Agulhas leakage are tested within a high-resolution two-way nested model with the goal to devise a mooring-based measurement strategy. At the GoodHope line, a section halfway through the Cape Basin, the integrated velocity perpendicular to that line is compared to the magnitude of Agulhas leakage as determined from the transport carried by numerical Lagrangian floats. In the first method, integration is limited to the flux of water warmer and more saline than specific threshold values. These threshold values are determined by maximizing the correlation with the float-determined time series. By using the threshold values, approximately half of the leakage can directly be measured. The total amount of Agulhas leakage can be estimated using a linear regression, within a 90% confidence band of 12 Sv. In the second method, a subregion of the GoodHope line is sought so that integration over that subregion yields an Eulerian flux as close to the float-determined leakage as possible. It appears that when integration is limited within the model to the upper 300 m of the water column within 900 km of the African coast the time series have the smallest root-mean-square difference. This method yields a root-mean-square error of only 5.2 Sv but the 90% confidence band of the estimate is 20 Sv. It is concluded that the optimum thermohaline threshold method leads to more accurate estimates even though the directly measured transport is a factor of two lower than the actual magnitude of Agulhas leakage in this model.

Vibration-rotation spectra of 13C containing acetylene: anharmonic resonances

High resolution vibration-rotation spectra of 13C2H2 were recorded in a number of regions from 2000 to 5200 cm−1 at Doppler or pressure limited resolution. In these spectral ranges cold and hot bands involving the bending-stretching combination levels have been analyzed up to high J values. Anharmonic quartic resonances for the combination levels ν1 + mν4 + nν5, ν2 + mν4 + (n + 2) ν5 and ν3 + (m − 1) ν4 + (n + 1) ν5 have been studied, and the l-type resonances within each polyad have been explicitly taken into account in the analysis of the data. The least-squares refinement provides deperturbed values for band origins and rotational constants, obtained by fitting rotation lines only up to J ≈ 20 with root mean square errors of ≈ 0.0003 cm−1. The band origins allowed us to determine a number of the anharmonicity constants xij0.