Assobios de delfinídeos na costa do Estado do Rio de Janeiro: caracterização e comparação interespecífica

Os delfinídeos possuem um variado repertório de emissões sonoras, que são produzidos em diferentes contextos comportamentais e são importantes para as relações entre os indivíduos. As emissões sonoras dos delfinídeos são predominantemente utilizadas para a comunicação e são divididas em duas categorias: os sons pulsantes e os assobios. O presente estudo apresenta comparações entre os repertórios de assobios de três espécies de delfinídeos encontrados na costa do Estado do Rio de Janeiro: Stenella frontalis, Steno bredanensis e Sotalia guianensis. Três sistemas de gravação foram utilizados. Estes foram compostos por hidrofones HTI-96-MIN e C54XRS, e gravadores PMD 671 Marantz, FOSTEX (taxa de amostragem de 96 kHz) e SONY TCD-T8 (taxa de amostragem de 48 kHz). As análises dos espectrogramas foram realizadas no software Raven 1.4. Os assobios foram classificados em categorias de formas de contorno e 15 parâmetros acústicos foram mensurados em cada um destes sinais. A estatística descritiva foi realizada para os assobios de cada espécie, e estes foram comparados a partir de testes de comparação de médias e análise discriminante. Um total de 838 assobios foi analisado. Assobios com forma de contorno ascendente de S. frontalis, S. bredanensis, S. guianensis da Baía de Guanabara, da Baía de Ilha Grande e da Baía de Sepetiba corresponderam a 48,1% (N=63), 40,8% (N=47), 49,8% (N=98), 63,9% (N=126) e 58,1% (N=115) do repertório de cada grupo, respectivamente. Diferenças foram encontradas em praticamente todos os parâmetros entre assobios de S. bredanensis e S. guianensis. O maior número de semelhanças ocorreu entre assobios das populações distintas de S. guianensis. A taxa de classificação correta geral foi de 52,4%. Assobios de S. bredanensis apresentaram a maior classificação correta (84,3%). Assobios de S. frontalis apresentaram taxa de classificação correta de 55,7% e os de S. guianensis da Baía de Guanabara, Baía de Ilha Grande e Baía de Sepetiba apresentaram taxas de 57,9%, 48,7% e 29,8%, respectivamente. A análise discriminante realizada entre assobios ascendentes resultou em uma taxa de classificação correta menor (49%). As variáveis consideradas mais importantes para a discriminação entre espécies foram: FF, 3Q, 1Q, MOD e FM. Por meio de parâmetros acústicos foi possível discriminar grande parte dos assobios de espécies simpátricas, apesar de haver ainda sobreposições entre variáveis acústicas dos assobios das espécies comparadas neste estudo.

Assobios do boto-cinza, Sotalia guianensis, (Cetacea, Delphinidae) em três áreas de concentração na costa do Rio de Janeiro

A espécie Sotalia guianensis apresenta um variado repertório de assobios que estão ligados a interação social e a diferentes contextos de comportamento. As variações intraespecíficas nas estruturas dos assobios podem indicar diferenças entre populações dessa espécie. O presente estudo caracterizou e comparou o repertório dos assobios de Sotalia guianensis, em três baías do estado do Rio de Janeiro: Baía de Guanabara (BG), Baía de Sepetiba (BS) e Baía da Ilha Grande (BI), utilizando um sistema de gravação com limite superior de frequência de 48 kHz e através da aplicação das análises quantitativas e qualitativas dos parâmetros acústicos. As gravações dos assobios foram realizadas com embarcações de 5,5 e 7m e sistema de gravação composto por um hidrofone High Tech, modelo HTI-96-MIN, e um gravador digital modelo PMD 671 Marantz, com limite superior de frequência de 48 kHz. As análises dos espectrogramas foram realizadas com os softwares Adobe Audition 1.5 e Raven 1.3. Os assobios foram classificados em seis categorias de forma de contorno e 11 parâmetros acústicos foram medidos para cada assobio. Para comparar os parâmetros acústicos de mesma forma de contorno entre as três baías, foram aplicados a análise descritiva e testes estatísticos de comparação de média. Um total de 1800 assobios foi selecionado e 61,38% (N=1105) dos assobios apresentaram forma de contorno ascendente. Assobios com zero ou um ponto de inflexão foram mais frequentes (N=1476), correspondendo a 82%. A amplitude de frequência encontrada variou de 1,03 a 46,87 kHz, maior alcance registrado para essa espécie no Brasil. A média de duração dos assobios da BG foi menor do que as médias encontradas na BS e na BI. Os resultados de todas as comparações realizadas demonstraram que os parâmetros de frequência (FI, FF, FMAX e F3/4) foram os que mais apresentaram diferenças significativas entre as três áreas. A variação encontrada nos assobios de S. guianensis entre as três áreas estudadas pode também estar ligada aos tipos de assobios mais comuns em cada área, representados pelos assobios ascendentes, que apesar de apresentarem a mesma forma de contorno, possuem diferenças em seus parâmetros acústicos, possivelmente ligados a informações individuais. A utilização de um sistema de gravação com limite superior de 48 kHz possibilitou a análise de muitos assobios. Com isso, foi possível verificar a importância do limite de frequência aplicado para caracterizar o repertório acústico dessa espécie, juntamente com as análises qualitativas das formas de contorno e as análises quantitativas dos parâmetros acústicos dos assobios. A aplicação dessa metodologia foi eficaz na comparação intraespecífica dos assobios, e futuramente, estudos mais detalhados da classificação dos assobios, poderá acrescentar informações relevantes sobre a variação desse tipo de emissão sonora no repertório acústico S. guianensis

TNFa在鱼腥藻7120中的高效表达和对宿主光合作用的影响

蓝藻分子生物学的飞速发展已使其成为生物学的前沿。近几年来，以蓝藻为宿主的基因工程发展迅速，使转基因蓝藻已有希望制备药物或处理环境问题。但迄今为止，国内外用蓝藻表达外源基因的表达效率都不高。为了使转基因蓝藻在应用上产生较好的社会效益和经济效益，必须进一步提高外源基因在蓝藻中的表速效率，以及提高光合效率、加速生长。 本研究用人肿瘤坏死因子a（Human Tumor Necrosis Factora简称hTNFa）作为外源目的基因。它是由巨噬细胞和单核细胞受到刺激后产生的一种多功能蛋白质细胞因子。hTNFcc多种生物学效应并作为信号传导体，其中最引人注目的是它对肿瘤组织和肿瘤细胞直接地、特异性和广谱性地杀伤作用，极有希望制成抗癌剩的天然因子之一。但是用大肠杆菌得到的重组产物需要严格纯化，通常用于静脉注射，但由于毒副作用大，十几年来国内外一直停留在临床实验阶段，我们研究组建议用蓝藻为宿主表达hTNFa制备口服剂，来减缓毒副作用，已经得到了转基因鱼腥藻，并测得产物具有抑瘤的生物学活性。但是表达效率一直不高，并且它的表达对蓝藻生长有些抑制。 由于蓝藻是原核生物，基因的表达调控主要是在转录水平和翻译水平。因此，寻找在蓝藻中高效的启动子，改变SD序列的结构是提高外源基因在蓝藻中表达效率的有效手段。本研究将连有不同SD序列的TNFa cDNA克隆到穿梭表达载体pRL-489的启动子（PpsbA）下游，构建2个鱼腥藻7120的穿梭表达载体（pMD-489-TNF1，2），通过三亲接合转移法分别导八鱼腥藻7120细胞。用放射免疫法定量分析TNFa在转基因蓝藻中的表达效率。结果表明，有效地提高了TNFa在鱼腥藻7120中的表达。TNFa的表达量占总可溶性蛋白的2.1 - 2.9%和0.15%，表达效率分别提高到原来的21 - 29倍和1.5倍。 在培养转基因鱼腥藻中，观测到它们在形态和生理上都发生了变化，这反应了TNFcc基因的转入和表达对宿主光合作用的影响。 光学显微镜和扫描电子显微镜的观察发现：转基因鱼腥藻比野生型异形胞数目减少约30%。转入空质粒的营养细胞比野生型略大，转TNFa基因的鱼腥藻异形胞体积明显增加，而营养细胞比正对照和野生型小。到了生长后期，转TNFa因的鱼腥藻营养细胞体积明里增大，多与异形胞相当，有的甚至比异形胞大。转pMD-489-TNFI的鱼腥藻细胞内出现明显的空腔。通过透射电子显微镜的观察发现：转基因藻中的类囊体膜片屡结构更加明显。转基因藻和野生藻的生长曲线的比较表明，转入空质粒pRL-489对宿主的生长几乎没有影响，甚至还略快于野生型;TNFa的表达对细胞的生长有一定副作用，胞内TNFa的含量高时，细胞数增长缓慢，并且平台期时细胞数有一定下降。 从光合作用光强曲线的分析可见，转TNFa因的鱼腥藻有较低的光饱和点，暗示了TNFa的表达可以增强宿主对光的敏感性;同时，TNFa的转入使宿主的呼吸作用加强，几乎比野生型和转空质粒的正对照高一倍，显示了TNFa基因的转入和表达可能给宿主带来更大的代谢负荷;在光饱和点以上，几种藻的真实光合放氧能力大致相同，表明TNFa的表达没有破坏宿主的光合反应中心。 从室温吸收光谱分析可见，转基因蓝藻有相对较高的类胡萝卜素和叶绿素a蓝峰，转TNF谌因的鱼腥藻显示了藻蓝蛋白含量有所降低。因为蓝藻的主要天线色素为藻胆蛋白，藻蓝蛋白相对含量的下降可能与宿主对光更敏感有关。 从低温荧光发射光谱分析可见，转TNFa基因的鱼腥藻7120光系统II能量分配较高。可能是TNFa基因的转入提高了藻胆蛋白的吸收和传递光能的效率。 从叶绿素荧光动力学分析可见，鱼腥藻7120在生长的过程中PSII的活性存在一个变化的过程。TNFa的转入和表达在对数后期提高了宿主的光系统II原初光能转化效率。 从转基因藻光系统I和光系统II光合放氧活性分析与TNFa表达随培养时间变化曲线表明，转TNFcc基因鱼腥藻的光合放氧活性比野生型和正对照高，尤其是显著地提高了宿主的Psn活性。 用自然界中原来不存在的转基因鱼腥藻作上述研究表明：原来只存在于高等、异养的人类和哺乳动物中的TNFa基因，一旦转入最古老的放氧光合生物后，其表达可被调控;同时TNFa的表达又能影响宿主的光合作用。它提高了宿主对光的敏感性、光系统II的活性和对光能的利用率。这似乎都表明TNFa在蓝藻细胞中起信号传导体的作用。而且，这些数据的积累，还有助于我们优化培养条件，提高TNFa的表达效率，为产业化做好准备。

羊草cDNA文库的构建及果聚糖水解酶的分离与鉴定

羊草(Leymus chinensis(Trin.) Tzvel.)又称碱草，隶属禾本科赖草属，是欧亚大陆草原区东部草甸草原及干旱草原上的重要建群种之一。作为一种兼具重要经济价值和生态价值的优良牧草，羊草受到了广泛的关注。但长期以来，对羊草的研究主要集中在生态学、生殖生物学方面，在分子生物学方面知之甚少。为了保存羊草基因资源，并在基因水平上研究羊草生物代谢的调控机理，本研究采用羊草根、叶片混合后做为材料，构建cDNA文库，并对文库中部分基因序列进行了分析。同时从中克隆获得羊草果聚糖水解酶全长基因并对这些基因进行了深入的生物信息学分析、转化毕赤酵母研究初步确定其功能，为深入了解羊草代谢的分子机制提供理论依据。主要结果如下： 1. 成功地构建了羊草根、叶混合cDNA文库，原始文库滴度达到4×106 pfu/ml，扩增文库滴度接近1011 pfu/ml ，重组率达97% 。PCR检测插入片段，均在0.5 kb到3 kb之间，l kb以上占68%。从文库中检测到了TC、γ-TMT、FEH基因，文库覆盖度达到要求且为PCR筛选文库提供了可能。 2. 随机挑取经检测过的597个单克隆进行测序，去除插入片段小于和污染序列后，获得了584条高质量的序列。所有584条EST序列与NCBI的核酸数据库比对时，有30.99%的EST序列与己知序列有很大的同源性：而与蛋白质数据库进行比对时，有61.27%的EST序列与已知序列有很大的同源性。核酸比对中，有32.87%的序列为未知功能新基因，而蛋白质比对结果只有11.27%的序列为未知功能新基因。其中获得5条全长基因。 3. 文库中测序得到果聚糖水解酶（FEH）片段，依据其核酸、蛋白序列，以羊草根茎为材料，结合果聚糖水解酶基因的保守序列设计引物，通过 RACE 方法，获得羊草果聚糖水解酶基因 Lc 1-FEH 的全长序列（2040bp），包含一个 1803bp 的开放阅读框，采用生物信息学方法对该基因编码蛋白质进行功能分析，该基因编码的氨基酸序列具有明显的果聚糖水解酶类蛋白特征(NDPNG，FRDP 和[WEC (V/P)D] 结构域)，其分子量为 66.8kD，等电点 pI 为 5.49，是一种酸性蛋白质。同源性分析结果表明Lc1-FEH与单子叶植物小麦、大麦和黑麦草细胞壁类酵素酶同源性最高，分别为89％、87％ 和72％。运用实时定量方法对Lc 1-FEH表达量在羊草发育各时期及不同逆境处理下进行测定，结果发现，幼苗中以叶中表达量最低，根茎中表达较高，成苗中花梗中的表达量最高；Lc1-FEH在转录水平明显受碱、ABA、SA及低温胁迫诱导，随着胁迫时间延长，表达量迅速增加，到达到最大值，之后表达水平逐渐降低，在盐、干旱的诱导下的表达量迅速降低。 4. 羊草果聚糖水解酶Lc1-FEH基因在毕赤酵母中的高效表达 将pMD-Lc1-FEH 质粒经双酶切后构建果聚糖酵母表达载体 pPICZα- Lc1-FEH 。将重组表达载体线性化后电击转化毕赤酵母Pichia pastoris X33，经抗生素 Zeocin 和酵母 PCR 筛选获得高效表达酵母工程菌。毕赤酵母表达的果聚糖水解酶蛋白经SDS-PAGE 分析表明Lc1-FEH表观分子量为 67 kD 左右。其最适反应 pH 值为 5.5，在 pH 值为 4.5~6.5 的范围内能保持较高的酶活力；表达Lc1-FEH的最适反应温度为 30 ℃；在温度在 20～30℃度范围内有较高的酶活。 Lc 1-FEH能够水解含有β-2，1糖苷键类型果聚糖：蔗果四糖、菊粉、6-蔗果三糖；而对β-2，6糖苷键类型果聚糖：6-蔗果三糖、新蔗果三糖、细菌类果聚糖及蔗糖基本不具水解活性。

万兆以太网物理层实现的研究

在深入研究了最新高速以太网技术——万兆以太网（10GbE）的物理层实现的基础上，提出了采用四路并行的甚短距离传输（VSR）技术实现传输距离在300m以内的局域和广域万兆以太网物理介质连接子层（PMA）和物理介质相关子层（PMD）子层的方法，从而实现了万兆以太网整个物理层的功能。该方法具有构建方便、性能稳定和成本低等优点，能够满足在局域万兆以太网和较短距离上的广域万兆以太网的数据传输。

All-Optical Clock Recovery for 20 Gb/s Using an Amplified Feedback DFB Laser

We report all optical clock recovery based on a monolithic integrated four-section amplified feedback semiconductor laser (AFL), with the different sections integrated based on the quantum well intermixing (QWI) technique. The beat frequency of an AFL is continuously tunable in the range of 19.8-26.3 GHz with an extinction ratio above 8 dB, and the 3-dB linewidth is close to 3 MHz. All-optical clock recovery for 20 Gb/s was demonstrated experimentally using the AFL, with a time jitter of 123.9 fs. Degraded signal clock recovery was also successfully demonstrated using both the dispersion and polarization mode dispersion (PMD) degraded signals separately.

40 Gbits/s all-optical clock recovery for degraded signals using an amplified feedback laser

All-optical clock recovery for the return-to-zero modulation format is demonstrated experimentally at 40 Gbits/s by using an amplified feedback laser. A 40 GHz optical clock with a root-mean-square (rms) timing jitter of 130 fs and a carrier-to-noise ratio of 42 dB is obtained. Also, a 40 GHz optical clock with timing jitter of 137 fs is directly recovered from pseudo-non-return-to-zero signals degraded by polarization-mode dispersion (PMD). No preprocessing stage to enhance the clock tone is used. The rms timing jitter of the recovered clock is investigated for different values of input power and for varying amounts of waveform distortion due to PMD.

Syntheses and crystal structures of mononuclear rhodium hydrido complexes from the reactions of [Rh(H)(2)(PPh3)(2)(EtOH)(2)]ClO4 with various nitrogen ligands

Reactions of the Rh hydrido complex [Rh(H)(2)(PPh3)(2)(EtOH)(2)]ClO4 (1) With nitrogen ligands such as 2-(4-thiazolyl)benzimidazole (tbz). pyridazine (pdz), imidazole (im) and pyrimidine (pmd) in CH,Cl, afforded Various mononuclear Rh hydrido complexes, [Rh(H)(2)(PPh3)(2)(tbz)]CIO4 (2), [Rh(H)(2)(PPh3)(2)(pdZ)(2)]ClO(4)(.)2CH(2)Cl(2) (3). [Rh(H)Cl(PPh3)(2)(pdz)(2)](ClO4CH2Cl2)-C-. (4). [Rh(H)(2)(PPh3)(2)(im)(2)]ClO(4)(.)2CH(2)Cl(2) (5). [Rh(H)Cl(PPh3)(2)(im)(2)](ClO4CH2Cl2)-C-. (6). [Rh(H)(2)(PPh3)(2)(pmd)(2)](ClO4CH2Cl2)-C-. (7) and the Rh non-hydrido complex [RhCl2(pmd)(4)]ClO4 (8). The Rh complexes 2. 3, 5 and 6 were crystallographically characterized. The formation process was monitored by H-1 NMR and UV-Vis spectra. In all the Rh hydrido complexes, the Rh atom is coordinated by two PPh3. ligands in trans-positions and two nitrogen ligands in the cis-positions. The remaining sites Lire occupied by one or two hydride atoms to form a saturated 18-electron framework in a slightly distorted octahedral geometry. For complex 2 an appreciable inter-molecular pi interaction is observed between planes of tbz and PPh3 ligands, while an intra-molecular hydrogen bonding interaction between C-H and Cl atoms is found in complex 6.

Bayesian inference of the number of factors in gene-expression analysis: application to human virus challenge studies.

BACKGROUND: Nonparametric Bayesian techniques have been developed recently to extend the sophistication of factor models, allowing one to infer the number of appropriate factors from the observed data. We consider such techniques for sparse factor analysis, with application to gene-expression data from three virus challenge studies. Particular attention is placed on employing the Beta Process (BP), the Indian Buffet Process (IBP), and related sparseness-promoting techniques to infer a proper number of factors. The posterior density function on the model parameters is computed using Gibbs sampling and variational Bayesian (VB) analysis. RESULTS: Time-evolving gene-expression data are considered for respiratory syncytial virus (RSV), Rhino virus, and influenza, using blood samples from healthy human subjects. These data were acquired in three challenge studies, each executed after receiving institutional review board (IRB) approval from Duke University. Comparisons are made between several alternative means of per-forming nonparametric factor analysis on these data, with comparisons as well to sparse-PCA and Penalized Matrix Decomposition (PMD), closely related non-Bayesian approaches. CONCLUSIONS: Applying the Beta Process to the factor scores, or to the singular values of a pseudo-SVD construction, the proposed algorithms infer the number of factors in gene-expression data. For real data the "true" number of factors is unknown; in our simulations we consider a range of noise variances, and the proposed Bayesian models inferred the number of factors accurately relative to other methods in the literature, such as sparse-PCA and PMD. We have also identified a "pan-viral" factor of importance for each of the three viruses considered in this study. We have identified a set of genes associated with this pan-viral factor, of interest for early detection of such viruses based upon the host response, as quantified via gene-expression data.

Polarization effects in fiber-optic communication systems

In this thesis we perform a detailed analysis of the state of polarization (SOP) of light scattering process using a concatenation of ber-coil based polarization controllers (PCs). We propose a polarization-mode dispersion (PMD) emulator, built through the concatenation of bercoil based PCs and polarization-maintaining bers (PMFs), capable of generate accurate rst- and second-order PMD statistics. We analyze the co-propagation of two optical waves inside a highbirefringence ber. The evolution along the ber of the relative SOP between the two signals is modeled by the de nition of the degree of co-polarization parameter. We validate the model for the degree of co-polarization experimentally, exploring the polarization dependence of the four-wave mixing e ect into a ber with high birefringence. We also study the interaction between signal and noise mediated by Kerr e ect in optical bers. A model accurately describing ampli ed spontaneous emission noise in systems with distributed Raman gain is derived. We show that the noise statistics depends on the propagation distance and on the signal power, and that for distances longer than 120 km and signal powers higher than 6 mW it deviates signi catively from the Gaussian distribution. We explore the all-optical polarization control process based on the stimulated Raman scattering e ect. Mapping parameters like the degree of polarization (DOP), we show that the preferred ampli cation of one particular polarization component of the signal allows a polarization pulling over a wavelength range of 60 nm. The e ciency of the process is higher close to the maximum Raman gain wavelength, where the DOP is roughly constant for a wavelength range of 15 nm. Finally, we study the polarization control in quantum key distribution (QKD) systems with polarization encoding. A model for the quantum bit error rate estimation in QKD systems with time-division multiplexing and wavelength-division multiplexing based polarization control schemes is derived.

Ensaios avançados com fibras ópticas = advanced characterization of optical fibers

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia de Electrónica e Telecomunicações

Évaluation des effets de l'utilisation des aides à la mobilité motorisées chez les personnes âgées de plus de 50 ans

Le vieillissement démographique augmente rapidement la représentation des personnes âgées de plus de 50 ans parmi les utilisateurs d’aides à la mobilité motorisées (AMMs), telles que le fauteuil roulant motorisé et le quadriporteur. Le but général de la thèse est de rendre compte d’une démarche d’analyse des effets des AMMs au cours des premiers 18 mois d’utilisation chez les adultes d’âge moyen et les aînés. Notre question de recherche concerne la nature et l'importance des effets sur le fonctionnement, la pertinence sociale et le bien-être subjectif, ainsi que les liens entre les divers facteurs impliqués dans leur impact optimal. La thèse s’articule en trois volets, synthétique, méthodologique et analytique, dont les principaux résultats sont présentés dans quatre articles scientifiques. Le volet synthétique comprend une recension systématique qui révèle la représentation marginale des personnes âgées de plus de 50 ans dans les publications scientifiques sur les effets des AMMs et le faible niveau de preuve dans ce champ d’études. Les travaux liés à ce volet proposent également un cadre d’analyse reliant l’intention d’utiliser l’AMM, les habitudes de déplacements, les dimensions d’effets des AMMs sur le fonctionnement, la pertinence sociale et le bien-être subjectif, ainsi que quatre catégories de cofacteurs associés à l’utilisation (personne, aide technique, intervention, environnement). Le volet méthodologique assemble un dispositif de mesure comprenant 5 questionnaires et 18 indicateurs arrimés au cadre d’analyse et démontre l’applicabilité de l’ensemble des questionnaires pour une administration téléphonique. La validation transculturelle de deux questionnaires implique deux études réalisées auprès d’utilisateurs d’AMMs âgés de 50 à 84 ans (n=45). Ces travaux confirment la fidélité test-retest et l’équivalence des questionnaires traduits avec la version d’origine. Finalement, le volet analytique se concentre sur l’étude des habitudes de déplacements chez 3 cohortes (n=116) de personnes âgées de 50 à 89 ans, recrutées en fonction du stade d’utilisation de l’AMM. Les résultats suggèrent une amélioration de l’aire de mobilité après l’utilisation initiale ou long terme de l’AMM en comparaison avec une cohorte en attente de l’AMM, ainsi qu’une augmentation significative de la fréquence des déplacements autour du domicile et dans le voisinage. Trois facteurs associés à une aire de mobilité optimale, à savoir le genre, la nature des objectifs de participation de l’utilisateur et le type d’appareil utilisé, sont identifiés par des analyses de régression linéaires contrôlant pour l’âge. La thèse soutient l’importance de tenir compte de l’environnement et d’une combinaison de facteurs reliés à la personne et à l’aide technique pour saisir les effets des AMMs au cours des premiers mois d’utilisation. Ces résultats ouvrent la voie au suivi systématique des utilisateurs d’AMMs par les professionels de réadaptation, puisqu’ils confirment l’utilité du dispositif pour en mesurer les effets et ciblent les déterminants de la mobilité des utilisateurs d’AMMs âgés de plus de 50 ans.

Neural correlates of affordance competition in dorsal premotor cortex

Le travail présenté dans cette thèse porte sur le rôle du cortex prémoteur dorsal (PMd) au sujet de la prise de décision (sélection d’une action parmis nombreux choix) et l'orientation visuelle des mouvements du bras. L’ouvrage décrit des expériences électrophysiologiques chez le singe éveillé (Macaca mulatta) permettant d’adresser une fraction importante des prédictions proposées par l'hypothèse des affordances concurrentes (Cisek, 2006; Cisek, 2007a). Cette hypothèse suggère que le choix de toute action est l’issue d'une concurrence entre les représentations internes des exigences et des atouts de chacune des options présentées (affordances; Gibson, 1979). Un intérêt particulier est donné au traitement de l'information spatiale et la valeur des options (expected value, EV) dans la prise de décisions. La première étude (article 1) explore la façon dont PMd reflète ces deux paramètres dans la période délai ainsi que de leur intéraction. La deuxième étude (article 2) explore le mécanisme de décision de façon plus détaillée et étend les résultats au cortex prémoteur ventral (PMv). Cette étude porte également sur la représentation spatiale et l’EV dans une perspective d'apprentissage. Dans un environnement nouveau les paramètres spatiaux des actions semblent être présents en tout temps dans PMd, malgré que la représentation de l’EV apparaît uniquement lorsque les animaux commencent à prendre des décisions éclairées au sujet de la valeur des options disponibles. La troisième étude (article 3) explore la façon dont PMd est impliqué aux “changements d'esprit“ dans un procès de décision. Cette étude décrit comment la sélection d’une action est mise à jour à la suite d'une instruction de mouvement (GO signal). I II Les résultats principaux des études sont reproduits par un modèle computationnel (Cisek, 2006) suggérant que la prise de décision entre plusieurs actions alternatives peux se faire par voie d’un mécanisme de concurrence (biased competition) qui aurait lieu dans la même région qui spécifie les actions.

Étude du cortex prémoteur et préfrontal lors de la prise de décision pendant l'intégration temporelle des informations

Une variété de modèles sur le processus de prise de décision dans divers contextes présume que les sujets accumulent les évidences sensorielles, échantillonnent et intègrent constamment les signaux pour et contre des hypothèses alternatives. L'intégration continue jusqu'à ce que les évidences en faveur de l'une des hypothèses dépassent un seuil de critère de décision (niveau de preuve exigé pour prendre une décision). De nouveaux modèles suggèrent que ce processus de décision est plutôt dynamique; les différents paramètres peuvent varier entre les essais et même pendant l’essai plutôt que d’être un processus statique avec des paramètres qui ne changent qu’entre les blocs d’essais. Ce projet de doctorat a pour but de démontrer que les décisions concernant les mouvements d’atteinte impliquent un mécanisme d’accumulation temporelle des informations sensorielles menant à un seuil de décision. Pour ce faire, nous avons élaboré un paradigme de prise de décision basée sur un stimulus ambigu afin de voir si les neurones du cortex moteur primaire (M1), prémoteur dorsal (PMd) et préfrontal (DLPFc) démontrent des corrélats neuronaux de ce processus d’accumulation temporelle. Nous avons tout d’abord testé différentes versions de la tâche avec l’aide de sujets humains afin de développer une tâche où l’on observe le comportement idéal des sujets pour nous permettre de vérifier l’hypothèse de travail. Les données comportementales chez l’humain et les singes des temps de réaction et du pourcentage d'erreurs montrent une augmentation systématique avec l'augmentation de l'ambigüité du stimulus. Ces résultats sont cohérents avec les prédictions des modèles de diffusion, tel que confirmé par une modélisation computationnelle des données. Nous avons, par la suite, enregistré des cellules dans M1, PMd et DLPFc de 2 singes pendant qu'ils s'exécutaient à la tâche. Les neurones de M1 ne semblent pas être influencés par l'ambiguïté des stimuli mais déchargent plutôt en corrélation avec le mouvement exécuté. Les neurones du PMd codent la direction du mouvement choisi par les singes, assez rapidement après la présentation du stimulus. De plus, l’activation de plusieurs cellules du PMd est plus lente lorsque l'ambiguïté du stimulus augmente et prend plus de temps à signaler la direction de mouvement. L’activité des neurones du PMd reflète le choix de l’animal, peu importe si c’est une bonne réponse ou une erreur. Ceci supporte un rôle du PMd dans la prise de décision concernant les mouvements d’atteinte. Finalement, nous avons débuté des enregistrements dans le cortex préfrontal et les résultats présentés sont préliminaires. Les neurones du DLPFc semblent beaucoup plus influencés par les combinaisons des facteurs de couleur et de position spatiale que les neurones du PMd. Notre conclusion est que le cortex PMd est impliqué dans l'évaluation des évidences pour ou contre la position spatiale de différentes cibles potentielles mais assez indépendamment de la couleur de celles-ci. Le cortex DLPFc serait plutôt responsable du traitement des informations pour la combinaison de la couleur et de la position des cibles spatiales et du stimulus ambigu nécessaire pour faire le lien entre le stimulus ambigu et la cible correspondante.

Origine des projections sensorimotrices dans des sous-régions du cortex moteur primaire chez le singe capucin.

Certaines études ont démontrés que les connexions entre l’aire prémotrice ventrale (PMv) et la région de la main du cortex moteur primaire (M1) sont distribuées non-uniformément, ciblant des sous-régions spécifiques dans M1. Dans la présente étude nous avons voulu développer ces résultats en étudiant la distribution au sein de M1 des projections corticales issues de PMv, l’aire prémotrice dorsale (PMd), l’aire motrice supplémentaire (SMA) et les aires pariétales 1, 2 et 5. Pour se faire, nous avons combiné des approches électrophysiologiques et anatomiques chez trois singes naïfs du Nouveau Monde (Cebus apella) pour examiner l’organisation et la spécificité topographique des projections corticales dans M1. Nos résultats indiquent que quatre sous-régions à l’intérieur de la région dédiée à la main reçoivent des inputs prédominants de différentes aires sensorimotrices. Ces résultats suggèrent que des sous-régions de M1 puissent avoir des fonctions spécifiques pour le contrôle moteur de la main et des doigts.