High-frequency, spin-label EPR of nonaxial lipid ordering and motion in cholesterol-containing membranes

The EPR spectra of spin-labeled lipid chains in fully hydrated bilayer membranes of dimyristoyl phosphatidylcholine containing 40 mol % of cholesterol have been studied in the liquid-ordered phase at a microwave radiation frequency of 94 GHz. At such high field strengths, the spectra should be optimally sensitive to lateral chain ordering that is expected in the formation of in-plane domains. The high-field EPR spectra from random dispersions of the cholesterol-containing membranes display very little axial averaging of the nitroxide g-tensor anisotropy for lipids spin labeled toward the carboxyl end of the sn-2 chain (down to the 8-C atom). For these positions of labeling, anisotropic 14N-hyperfine splittings are resolved in the gzz and gyy regions of the nonaxial EPR spectra. For positions of labeling further down the lipid chain, toward the terminal methyl group, the axial averaging of the spectral features systematically increases and is complete at the 14-C atom position. Concomitantly, the time-averaged 〈Azz〉 element of the 14N-hyperfine tensor decreases, indicating that the axial rotation at the terminal methyl end of the chains arises from correlated torsional motions about the bonds of the chain backbone, the dynamics of which also give rise to a differential line broadening of the 14N-hyperfine manifolds in the gzz region of the spectrum. These results provide an indication of the way in which lateral ordering of lipid chains in membranes is induced by cholesterol.

Molecular dynamics of a grid-mounted molecular dipolar rotor in a rotating electric field

Classical molecular dynamics is applied to the rotation of a dipolar molecular rotor mounted on a square grid and driven by rotating electric field E(ν) at T ≃ 150 K. The rotor is a complex of Re with two substituted o-phenanthrolines, one positively and one negatively charged, attached to an axial position of Rh\documentclass[12pt]{minimal} \usepackage{amsmath} \usepackage{wasysym} \usepackage{amsfonts} \usepackage{amssymb} \usepackage{amsbsy} \usepackage{mathrsfs} \setlength{\oddsidemargin}{-69pt} \begin{document} \begin{equation*}{\mathrm{_{2}^{4+}}}\end{equation*}\end{document} in a [2]staffanedicarboxylate grid through 2-(3-cyanobicyclo[1.1.1]pent-1-yl)malonic dialdehyde. Four regimes are characterized by a, the average lag per turn: (i) synchronous (a < 1/e) at E(ν) = |E(ν)| > Ec(ν) [Ec(ν) is the critical field strength], (ii) asynchronous (1/e < a < 1) at Ec(ν) > E(ν) > Ebo(ν) > kT/μ, [Ebo(ν) is the break-off field strength], (iii) random driven (a ≃ 1) at Ebo(ν) > E(ν) > kT/μ, and (iv) random thermal (a ≃ 1) at kT/μ > E(ν). A fifth regime, (v) strongly hindered, W > kT, Eμ, (W is the rotational barrier), has not been examined. We find Ebo(ν)/kVcm−1 ≃ (kT/μ)/kVcm−1 + 0.13(ν/GHz)1.9 and Ec(ν)/kVcm−1 ≃ (2.3kT/μ)/kVcm−1 + 0.87(ν/GHz)1.6. For ν > 40 GHz, the rotor behaves as a macroscopic body with a friction constant proportional to frequency, η/eVps ≃ 1.14 ν/THz, and for ν < 20 GHz, it exhibits a uniquely molecular behavior.

Diffractive optics-based heterodyne-detected four-wave mixing signals of protein motion: From “protein quakes” to ligand escape for myoglobin

Ligand transport through myoglobin (Mb) has been observed by using optically heterodyne-detected transient grating spectroscopy. Experimental implementation using diffractive optics has provided unprecedented sensitivity for the study of protein motions by enabling the passive phase locking of the four beams that constitute the experiment, and an unambiguous separation of the Real and Imaginary parts of the signal. Ligand photodissociation of carboxymyoglobin (MbCO) induces a sequence of events involving the relaxation of the protein structure to accommodate ligand escape. These motions show up in the Real part of the signal. The ligand (CO) transport process involves an initial, small amplitude, change in volume, reflecting the transit time of the ligand through the protein, followed by a significantly larger volume change with ligand escape to the surrounding water. The latter process is well described by a single exponential process of 725 ± 15 ns at room temperature. The overall dynamics provide a distinctive signature that can be understood in the context of segmental protein fluctuations that aid ligand escape via a few specific cavities, and they suggest the existence of discrete escape pathways.

Ultrafast detection and control of molecular dynamics

Many elementary chemical and physical processes such as the breaking of a chemical bond or the vibrational motion of atoms within a molecule take place on a femtosecond (fs = 10−15 s) or picosecond (ps = 10−12 s) time scale. It is now possible to monitor these events as a function of time with temporal resolution well below 100 fs. This capability is based on the pump-probe technique where one optical pulse triggers a reaction and a second delayed optical pulse probes the changes that ensue. To illustrate this capability, the dynamics of ligand motion within a protein are presented. Moving beyond casual observation of a reaction to active control of its outcome requires additional experimental and theoretical effort. To illustrate the concept of control, the effect of optical pulse duration on the vibrational dynamics of a tri-atomic molecule are discussed. The experimental and theoretical resources currently available are poised to make the dream of reaction control a reality for certain molecular systems.

Functional dynamics in the active site of the ribonuclease binase

Binase, a member of a family of microbial guanyl-specific ribonucleases, catalyzes the endonucleotic cleavage of single-stranded RNA. It shares 82% amino acid identity with the well-studied protein barnase. We used NMR spectroscopy to study the millisecond dynamics of this small enzyme, using several methods including the measurement of residual dipolar couplings in solution. Our data show that the active site of binase is flanked by loops that are flexible at the 300-μs time scale. One of the catalytic residues, His-101, is located on such a flexible loop. In contrast, the other catalytic residue, Glu-72, is located on a β-sheet, and is static. The residues Phe-55, part of the guanine base recognition site, and Tyr-102, stabilizing the base, are the most dynamic. Our findings suggest that binase possesses an active site that has a well-defined bottom, but which has sides that are flexible to facilitate substrate access/egress, and to deliver one of the catalytic residues. The motion in these loops does not change on complexation with the inhibitor d(CGAG) and compares well with the maximum kcat (1,500 s−1) of these ribonucleases. This observation indicates that the NMR-measured loop motions reflect the opening necessary for product release, which is apparently rate limiting for the overall turnover.

Finite temperature dynamics of vortices in the two dimensional anisotropic Heisenberg model

We study the effects of finite temperature on the dynamics of non-planar vortices in the classical, two-dimensional anisotropic Heisenberg model with XY- or easy-plane symmetry. To this end, we analyze a generalized Landau-Lifshitz equation including additive white noise and Gilbert damping. Using a collective variable theory with no adjustable parameters we derive an equation of motion for the vortices with stochastic forces which are shown to represent white noise with an effective diffusion constant linearly dependent on temperature. We solve these stochastic equations of motion by means of a Green's function formalism and obtain the mean vortex trajectory and its variance. We find a non-standard time dependence for the variance of the components perpendicular to the driving force. We compare the analytical results with Langevin dynamics simulations and find a good agreement up to temperatures of the order of 25% of the Kosterlitz-Thouless transition temperature. Finally, we discuss the reasons why our approach is not appropriate for higher temperatures as well as the discreteness effects observed in the numerical simulations.

Estudo experimental do fenômeno de vibração induzida por vórtices em cilindro rígido livre para oscilar com dois graus de liberdade.

O fenômeno de vibração induzida por vórtices (VIV) é um problema fundamental dentro da Mecânica dos Fluidos e um exemplo importante de interação fluido-estrutura. Esta tese investiga fenômeno de VIV quando um cilindro rígido, submetido a escoamento uniforme, está livre para oscilar na direção transversal e alinhada com a corrente incidente. A tese foi estruturada ao redor de sete perguntas relacionadas ao fenômeno de VIV: 1) O fenômeno e os resultados experimentais são repetitivos? 2) Como ocorre a transição entre ramos de resposta? 3) Qual é o papel da inércia da estrutura oscilante? 4) Qual é o papel de sua rigidez? 5) Quais são as frequências naturais mais importantes da estrutura? 6) Quais padrões de esteira se desenvolvem para VIV com dois graus de liberdade? 7) Quais são os efeitos do movimento na direção alinhada com a corrente no processo de formação e desprendimento de vórtices? O fenômeno de VIV é estudado de maneira experimental em uma base elástica pendular capaz de oscilar com o mesmo momento de inércia e frequência natural nas duas direções. Os experimentos de VIV foram realizados em canal de água recirculante e com diferentes condições de inércia e rigidez. A técnica de velocimetria por imagem de partículas foi usada e permitiu identificar diferentes padrões de esteira de vórtices. Verificou-se que o VIV é repetitivo a nível de amplitudes médias e frequências dominantes. A transição dos ramos pode ocorrer de maneira intermitente ou com histerese. Os parâmetros de inércia e rigidez da estrutura são capazes de mudar o regime de oscilação e, para algumas condições, suprimir as vibrações alinhadas com a corrente. Dentre os padrões de esteira observados, um deles não havia sido relatado na literatura e é definido nesta tese. O novo modo de emissão apresenta dois vórtices com circulação oposta e elevada intensidade emitidos por ciclo. A influência da direção alinhada com o escoamento está relacionada a dois efeitos: a velocidade relativa entre o cilindro e o fluido, responsável pelo aumento da circulação dos vórtices na esteira, e o ângulo de fase do movimento nas direções alinhada e transversal, capaz de mudar o processo de formação dos vórtices.

Desenvolvimento da modelagem de turbulência e interação fluido-estrutura para as vibrações induzidas por vórtices de cilindro rígido.

Esta tese apresenta o desenvolvimento e aplicação de modelos de turbulência, transição laminar-turbulenta e de interações fluido-estrutura ao escoamento externo em cilindro rígido estacionário e em vibrações induzidas por vórtices. Tais desenvolvimentos foram realizados no código ReFRESCO, baseado em técnicas de dinâmica de fluidos computacional (CFD). Realizou-se um estudo quanto ao desempenho do modelo k- SST em extensa faixa de números de Reynolds, segundo o qual se identificaram as deficiências de modelagem para este escoamento. A modelagem adaptativa das escalas (SAS) e o modelo de transição por correlações locais (LCTM), ambos combinados ao SST, melhoraram a aderência aos resultados experimentais para este escoamento, em uma contribuição original deste trabalho. A aplicação de técnicas de verificação e validação possibilitou a estimação de incertezas e erros para os modelos e números de Reynolds e também de identificada como outra contribuição deste trabalho. A combinação da modelagem em SST, SAS e LCTM com movimentos impostos de realizada para números de Reynolds moderados, diferentes frequências e amplitudes de vibração, algo que poucas publicações abordam em detalhes. Com relação aos movimentos livres, este trabalho traz contribuições com a aplicação dos modelos SST e SAS ao estudo de vibrações induzidas por vórtices em dois graus de liberdade, baixa razão de massa e números de Reynolds moderados, mais altos do que normalmente observados na literatura. Por fim, a investigação da importância relativa de efeitos da turbulência aos casos de movimentos livres e impostos, com relação ao caso de cilindro estacionário, comprovou a conjetura formulada na parte inicial deste trabalho, no que tange à escolha do modelo de turbulência em determinadas aplicações. Tal escolha mostrou-se menos decisiva no caso do cilindro em movimento imposto e ainda menos nos movimentos livres, em comparação ao caso estacionário, uma vez que a resposta em movimentos do corpo filtra grande parte dos efeitos turbulentos de ordem superior. Esta observação mostra-se relevante, uma vez que pode permitir simplificações na modelagem e aplicação de ferramentas de CFD em uma classe importante de projetos de engenharia.

Polymer Fluid Dynamics: Continuum and Molecular Appoaches

To solve problems in polymer fluid dynamics, one needs the equation of continuity, motion, and energy. The last two equations contain the stress tensor and the heat-flux vector for the material. There are two ways to formulate the stress tensor: (1) one can write a continuum expression for the stress tensor in terms of kinematic tensors, or (2) one can select a molecular model that represents the polymer molecule, and then develop an expression for the stress tensor from kinetic theory. The advantage of the kinetic theory approach is that one gets information about the relation between the molecular structure of the polymers and the rheological properties. In this review, we restrict the discussion primarily to the simplest stress tensor expressions or “constitutive equations” containing from two to four adjustable parameters, although we do indicate how these formulations may be extended to give more complicated expressions. We also explore how these simplest expressions are recovered as special cases of a more general framework, the Oldroyd 8-constant model. The virtue of studying the simplest models is that we can discover some general notions as to which types of empiricisms or which types of molecular models seem to be worth investigating further. We also explore equivalences between continuum and molecular approaches. We restrict the discussion to several types of simple flows, such as shearing flows and extensional flows. These are the flows that are of greatest importance in industrial operations. Furthermore, if these simple flows cannot be well described by continuum or molecular models, then it is not necessary to lavish time and energy to apply them to more complex flow problems.

Plasticité du cortex visuel: «homéodynamie» des connexions neuronales et modèle d’effets d’antidépresseurs

Les informations sensorielles sont traitées dans le cortex par des réseaux de neurones co-activés qui forment des assemblées neuronales fonctionnelles. Le traitement visuel dans le cortex est régit par différents aspects des caractéristiques neuronales tels que l’aspect anatomique, électrophysiologique et moléculaire. Au sein du cortex visuel primaire, les neurones sont sélectifs à divers attributs des stimuli tels que l’orientation, la direction, le mouvement et la fréquence spatiale. Chacun de ces attributs conduit à une activité de décharge maximale pour une population neuronale spécifique. Les neurones du cortex visuel ont cependant la capacité de changer leur sélectivité en réponse à une exposition prolongée d’un stimulus approprié appelée apprentissage visuel ou adaptation visuelle à un stimulus non préférentiel. De ce fait, l’objectif principal de cette thèse est d’investiguer les mécanismes neuronaux qui régissent le traitement visuel durant une plasticité induite par adaptation chez des animaux adultes. Ces mécanismes sont traités sous différents aspects : la connectivité neuronale, la sélectivité neuronale, les propriétés électrophysiologiques des neurones et les effets des drogues (sérotonine et fluoxétine). Le modèle testé se base sur les colonnes d’orientation du cortex visuel primaire. La présente thèse est subdivisée en quatre principaux chapitres. Le premier chapitre (A) traite de la réorganisation du cortex visuel primaire suite à une plasticité induite par adaptation visuelle. Le second chapitre (B) examine la connectivité neuronale fonctionnelle en se basant sur des corrélations croisées entre paires neuronales ainsi que sur des corrélations d’activités de populations neuronales. Le troisième chapitre (C) met en liaison les aspects cités précédemment (les effets de l’adaptation visuelle et la connectivité fonctionnelle) aux propriétés électrophysiologiques des neurones (deux classes de neurones sont traitées : les neurones à décharge régulière et les neurones à décharge rapide ou burst). Enfin, le dernier chapitre (D) a pour objectif l’étude de l’effet du couplage de l’adaptation visuelle à l’administration de certaines drogues, notamment la sérotonine et la fluoxétine (inhibiteur sélectif de recapture de la sérotonine). Méthodes En utilisant des enregistrements extracellulaires d’activités neuronales dans le cortex visuel primaire (V1) combinés à un processus d’imagerie cérébrale optique intrinsèque, nous enregistrons l’activité de décharge de populations neuronales et nous examinons l’activité de neurones individuels extraite des signaux multi-unitaires. L’analyse de l’activité cérébrale se base sur différents algorithmes : la distinction des propriétés électrophysiologiques des neurones se fait par calcul de l’intervalle de temps entre la vallée et le pic maximal du potentiel d’action (largeur du potentiel d’action), la sélectivité des neurones est basée sur leur taux de décharge à différents stimuli, et la connectivité fonctionnelle utilise des calculs de corrélations croisées. L’utilisation des drogues se fait par administration locale sur la surface du cortex (après une craniotomie et une durotomie). Résultats et conclusions Dans le premier chapitre, nous démontrons la capacité des neurones à modifier leur sélectivité après une période d’adaptation visuelle à un stimulus particulier, ces changements aboutissent à une réorganisation des cartes corticales suivant un patron spécifique. Nous attribuons ce résultat à la flexibilité de groupes fonctionnels de neurones qui étaient longtemps considérés comme des unités anatomiques rigides. En effet, nous observons une restructuration extensive des domaines d’orientation dans le but de remodeler les colonnes d’orientation où chaque stimulus est représenté de façon égale. Ceci est d’autant plus confirmé dans le second chapitre où dans ce cas, les cartes de connectivité fonctionnelle sont investiguées. En accord avec les résultats énumérés précédemment, les cartes de connectivité montrent également une restructuration massive mais de façon intéressante, les neurones utilisent une stratégie de sommation afin de stabiliser leurs poids de connectivité totaux. Ces dynamiques de connectivité sont examinées dans le troisième chapitre en relation avec les propriétés électrophysiologiques des neurones. En effet, deux modes de décharge neuronale permettent la distinction entre deux classes neuronales. Leurs dynamiques de corrélations distinctes suggèrent que ces deux classes jouent des rôles clés différents dans l’encodage et l’intégration des stimuli visuels au sein d’une population neuronale. Enfin, dans le dernier chapitre, l’adaptation visuelle est combinée avec l’administration de certaines substances, notamment la sérotonine (neurotransmetteur) et la fluoxétine (inhibiteur sélectif de recapture de la sérotonine). Ces deux substances produisent un effet similaire en facilitant l’acquisition des stimuli imposés par adaptation. Lorsqu’un stimulus non optimal est présenté en présence de l’une des deux substances, nous observons une augmentation du taux de décharge des neurones en présentant ce stimulus. Nous présentons un modèle neuronal basé sur cette recherche afin d’expliquer les fluctuations du taux de décharge neuronale en présence ou en absence des drogues. Cette thèse présente de nouvelles perspectives quant à la compréhension de l’adaptation des neurones du cortex visuel primaire adulte dans le but de changer leur sélectivité dans un environnement d’apprentissage. Nous montrons qu’il y a un parfait équilibre entre leurs habiletés plastiques et leur dynamique d’homéostasie.

Plasticité du cortex visuel: «homéodynamie» des connexions neuronales et modèle d’effets d’antidépresseurs

Les informations sensorielles sont traitées dans le cortex par des réseaux de neurones co-activés qui forment des assemblées neuronales fonctionnelles. Le traitement visuel dans le cortex est régit par différents aspects des caractéristiques neuronales tels que l’aspect anatomique, électrophysiologique et moléculaire. Au sein du cortex visuel primaire, les neurones sont sélectifs à divers attributs des stimuli tels que l’orientation, la direction, le mouvement et la fréquence spatiale. Chacun de ces attributs conduit à une activité de décharge maximale pour une population neuronale spécifique. Les neurones du cortex visuel ont cependant la capacité de changer leur sélectivité en réponse à une exposition prolongée d’un stimulus approprié appelée apprentissage visuel ou adaptation visuelle à un stimulus non préférentiel. De ce fait, l’objectif principal de cette thèse est d’investiguer les mécanismes neuronaux qui régissent le traitement visuel durant une plasticité induite par adaptation chez des animaux adultes. Ces mécanismes sont traités sous différents aspects : la connectivité neuronale, la sélectivité neuronale, les propriétés électrophysiologiques des neurones et les effets des drogues (sérotonine et fluoxétine). Le modèle testé se base sur les colonnes d’orientation du cortex visuel primaire. La présente thèse est subdivisée en quatre principaux chapitres. Le premier chapitre (A) traite de la réorganisation du cortex visuel primaire suite à une plasticité induite par adaptation visuelle. Le second chapitre (B) examine la connectivité neuronale fonctionnelle en se basant sur des corrélations croisées entre paires neuronales ainsi que sur des corrélations d’activités de populations neuronales. Le troisième chapitre (C) met en liaison les aspects cités précédemment (les effets de l’adaptation visuelle et la connectivité fonctionnelle) aux propriétés électrophysiologiques des neurones (deux classes de neurones sont traitées : les neurones à décharge régulière et les neurones à décharge rapide ou burst). Enfin, le dernier chapitre (D) a pour objectif l’étude de l’effet du couplage de l’adaptation visuelle à l’administration de certaines drogues, notamment la sérotonine et la fluoxétine (inhibiteur sélectif de recapture de la sérotonine). Méthodes En utilisant des enregistrements extracellulaires d’activités neuronales dans le cortex visuel primaire (V1) combinés à un processus d’imagerie cérébrale optique intrinsèque, nous enregistrons l’activité de décharge de populations neuronales et nous examinons l’activité de neurones individuels extraite des signaux multi-unitaires. L’analyse de l’activité cérébrale se base sur différents algorithmes : la distinction des propriétés électrophysiologiques des neurones se fait par calcul de l’intervalle de temps entre la vallée et le pic maximal du potentiel d’action (largeur du potentiel d’action), la sélectivité des neurones est basée sur leur taux de décharge à différents stimuli, et la connectivité fonctionnelle utilise des calculs de corrélations croisées. L’utilisation des drogues se fait par administration locale sur la surface du cortex (après une craniotomie et une durotomie). Résultats et conclusions Dans le premier chapitre, nous démontrons la capacité des neurones à modifier leur sélectivité après une période d’adaptation visuelle à un stimulus particulier, ces changements aboutissent à une réorganisation des cartes corticales suivant un patron spécifique. Nous attribuons ce résultat à la flexibilité de groupes fonctionnels de neurones qui étaient longtemps considérés comme des unités anatomiques rigides. En effet, nous observons une restructuration extensive des domaines d’orientation dans le but de remodeler les colonnes d’orientation où chaque stimulus est représenté de façon égale. Ceci est d’autant plus confirmé dans le second chapitre où dans ce cas, les cartes de connectivité fonctionnelle sont investiguées. En accord avec les résultats énumérés précédemment, les cartes de connectivité montrent également une restructuration massive mais de façon intéressante, les neurones utilisent une stratégie de sommation afin de stabiliser leurs poids de connectivité totaux. Ces dynamiques de connectivité sont examinées dans le troisième chapitre en relation avec les propriétés électrophysiologiques des neurones. En effet, deux modes de décharge neuronale permettent la distinction entre deux classes neuronales. Leurs dynamiques de corrélations distinctes suggèrent que ces deux classes jouent des rôles clés différents dans l’encodage et l’intégration des stimuli visuels au sein d’une population neuronale. Enfin, dans le dernier chapitre, l’adaptation visuelle est combinée avec l’administration de certaines substances, notamment la sérotonine (neurotransmetteur) et la fluoxétine (inhibiteur sélectif de recapture de la sérotonine). Ces deux substances produisent un effet similaire en facilitant l’acquisition des stimuli imposés par adaptation. Lorsqu’un stimulus non optimal est présenté en présence de l’une des deux substances, nous observons une augmentation du taux de décharge des neurones en présentant ce stimulus. Nous présentons un modèle neuronal basé sur cette recherche afin d’expliquer les fluctuations du taux de décharge neuronale en présence ou en absence des drogues. Cette thèse présente de nouvelles perspectives quant à la compréhension de l’adaptation des neurones du cortex visuel primaire adulte dans le but de changer leur sélectivité dans un environnement d’apprentissage. Nous montrons qu’il y a un parfait équilibre entre leurs habiletés plastiques et leur dynamique d’homéostasie.

Review of head rotational measurements during biomechanical impact tests. Technical report.

Mode of access: Internet.

The motion of turbulent vortex-pairs in homogeneous and density stratified media /

Photocopy of microfilm. Springfield, Va. : National Technical Information Service, [1979]

Functionality, Robustness and Control of Nonlinear Network Dynamics: Modeling and Understanding the C. elegans Connectome

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-06

Experimental tests of quantum nonlinear dynamics in atom optics

Cold atoms in optical potentials provide an ideal test bed to explore quantum nonlinear dynamics. Atoms are prepared in a magneto-optic trap or as a dilute Bose-Einstein condensate and subjected to a far detuned optical standing wave that is modulated. They exhibit a wide range of dynamics, some of which can be explained by classical theory while other aspects show the underlying quantum nature of the system. The atoms have a mixed phase space containing regions of regular motion which appear as distinct peaks in the atomic momentum distribution embedded in a sea of chaos. The action of the atoms is of the order of Planck's constant, making quantum effects significant. This tutorial presents a detailed description of experiments measuring the evolution of atoms in time-dependent optical potentials. Experimental methods are developed providing means for the observation and selective loading of regions of regular motion. The dependence of the atomic dynamics on the system parameters is explored and distinct changes in the atomic momentum distribution are observed which are explained by the applicable quantum and classical theory. The observation of a bifurcation sequence is reported and explained using classical perturbation theory. Experimental methods for the accurate control of the momentum of an ensemble of atoms are developed. They use phase space resonances and chaotic transients providing novel ensemble atomic beamsplitters. The divergence between quantum and classical nonlinear dynamics is manifest in the experimental observation of dynamical tunnelling. It involves no potential barrier. However a constant of motion other than energy still forbids classically this quantum allowed motion. Atoms coherently tunnel back and forth between their initial state of oscillatory motion and the state 180 out of phase with the initial state.