Computational models for and from biology : simple gene assembly and reaction systems

The advancement of science and technology makes it clear that no single perspective is any longer sufficient to describe the true nature of any phenomenon. That is why the interdisciplinary research is gaining more attention overtime. An excellent example of this type of research is natural computing which stands on the borderline between biology and computer science. The contribution of research done in natural computing is twofold: on one hand, it sheds light into how nature works and how it processes information and, on the other hand, it provides some guidelines on how to design bio-inspired technologies. The first direction in this thesis focuses on a nature-inspired process called gene assembly in ciliates. The second one studies reaction systems, as a modeling framework with its rationale built upon the biochemical interactions happening within a cell. The process of gene assembly in ciliates has attracted a lot of attention as a research topic in the past 15 years. Two main modelling frameworks have been initially proposed in the end of 1990s to capture ciliates’ gene assembly process, namely the intermolecular model and the intramolecular model. They were followed by other model proposals such as templatebased assembly and DNA rearrangement pathways recombination models. In this thesis we are interested in a variation of the intramolecular model called simple gene assembly model, which focuses on the simplest possible folds in the assembly process. We propose a new framework called directed overlap-inclusion (DOI) graphs to overcome the limitations that previously introduced models faced in capturing all the combinatorial details of the simple gene assembly process. We investigate a number of combinatorial properties of these graphs, including a necessary property in terms of forbidden induced subgraphs. We also introduce DOI graph-based rewriting rules that capture all the operations of the simple gene assembly model and prove that they are equivalent to the string-based formalization of the model. Reaction systems (RS) is another nature-inspired modeling framework that is studied in this thesis. Reaction systems’ rationale is based upon two main regulation mechanisms, facilitation and inhibition, which control the interactions between biochemical reactions. Reaction systems is a complementary modeling framework to traditional quantitative frameworks, focusing on explicit cause-effect relationships between reactions. The explicit formulation of facilitation and inhibition mechanisms behind reactions, as well as the focus on interactions between reactions (rather than dynamics of concentrations) makes their applicability potentially wide and useful beyond biological case studies. In this thesis, we construct a reaction system model corresponding to the heat shock response mechanism based on a novel concept of dominance graph that captures the competition on resources in the ODE model. We also introduce for RS various concepts inspired by biology, e.g., mass conservation, steady state, periodicity, etc., to do model checking of the reaction systems based models. We prove that the complexity of the decision problems related to these properties varies from P to NP- and coNP-complete to PSPACE-complete. We further focus on the mass conservation relation in an RS and introduce the conservation dependency graph to capture the relation between the species and also propose an algorithm to list the conserved sets of a given reaction system.

Detection, Identification and Molecular Variation of Human Enteroviruses

Picornaviruses are the most common human viruses and the identification of the picornaviruses is nowadays based on molecular techniques, for example, reverse transcriptase polymerase chain reaction (RT-PCR). One aim of this thesis was to improve the identification of picornaviruses, especially rhino- and enteroviruses, with a real-time assay format and, also, to improve the differentiation of the viruses with genus-specific locked nucleic acid (LNA) probes. Another aim was to identify and study the causative agent of the enterovirus epidemics that appeared in Finland during seasons 2008-2010. In this thesis, the first version of picornavirus qRT-PCR with a melting curve analysis was used in a study of rhinovirus transmission within families with a rhinovirus positive index child where rhinovirus infection was monitored in all family members. In conclusion, rhinoviruses spread effectively within families causing mostly symptomatic infections in children and asymptomatic infections in adults. To improve the differentiation between rhino- and enterovirus the picornavirus qRT-PCR was modified with LNA-incorporated probes. The LNA probes were validated with picornavirus prototypes and different clinical specimen types. The LNA probe-based picornavirus qRT-PCR was able to differentiate all rhino- and enteroviruses correctly, which makes it suitable for diagnostic use. Moreover, in this thesis enterovirus outbreaks were studied with a well-observed method to create a strain-specific qRT-PCR from the typing region VP1 protein. In a hand-foot-and-mouth-disease (HFMD) outbreak in 2008, the causative agent was identified as CV-A6 and when the molecular evolution of the new HFMD CV-A6 strain was studied it was found that CV-A6 was the emerging agent for HFMD and onychomadesis. Furthermore, unusual E-30 meningitis epidemics that apeared during seasons 2009 and 2010 were studied with strain-specific qRT-PCR. The E-30 affected mostly adolescents and was probably spread in sports teams.

Calculation of nondifferential properties for atomic ground states /

A new method for sampling the exact (within the nodal error) ground state distribution and nondiflPerential properties of multielectron systems is developed and applied to firstrow atoms. Calculated properties are the distribution moments and the electronic density at the nucleus (the 6 operator). For this purpose, new simple trial functions are developed and optimized. First, using Hydrogen as a test case, we demonstrate the accuracy of our algorithm and its sensitivity to error in the trial function. Applications to first row atoms are then described. We obtain results which are more satisfactory than the ones obtained previously using Monte Carlo methods, despite the relative crudeness of our trial functions. Also, a comparison is made with results of highly accurate post-Hartree Fock calculations, thereby illuminating the nodal error in our estimates. Taking into account the CPU time spent, our results, particularly for the 8 operator, have a relatively large variance. Several ways of improving the eflSciency together with some extensions of the algorithm are suggested.

From the ground up : understanding how teachers and administrators make sense of tension

Strategies designed to improve educational systems have created tensions in school personnel as they struggle to respond to competing demands of ongoing change within their daily realities. The purpose of this case study was to investigate how teachers and administrators in one elementary school made sense ofthese tensions and to explore the factors that constrained or shaped their responses. A constructive interpretative case study using a grounded theory approach was used. Qualitative data were collected through document analysis, semi-structured interviews, and participant observation. In-depth information about teachers' and administrators' experiences and a contextual understanding oftension was generated from inductive analysis of the data. The study found that tension was a phenomenon situated in the context in which it arose. A contextual understanding of tension revealed the interactions between the institutional, personal, and emotional domains that continually shaped individual and group behavioural responses. This contextual understanding of tension provided the means to reinterpret resistance to change. It also helped to show how teachers and administrators reconstructed identities and made sense in context.. Of particular note was the crucial nature of the conditions under which teachers and adlninistrators shaped meaning and understood change. This study sheds light on the contextual intricacies of tension that may help leaders with the complex design and implementation of educational change..

The application of the structural correlation method to determine the reaction coordinate for a putative ring closure reaction

The cr ystal structure of the compound 2-benzoylethylidene-3-(2,4- dibromophenyl)-2,3-dihydro-5-phenyl-l,3,4-thiadiazole* C23H16Br2NZOS (BRMEO) has been determined by using three dimensiona l x-ray diffraction data. The crys tal form is monoclinic, space group P21/c, a = 17.492(4), o -.t' 0 R 0 b =: 16.979(1), c = 14.962(1) A, "X. =o= 90 ',= 106.46(1) , z = 8, graphite-monochromatized Mo~ rad iation, Jl= 0.710J3~, D = 1.62g/cc and o D = 1.65g/cc. The data were col lected on ~ Nonius CAD-4 c diffractometer. The following atoms were made anisotropic: Br, S, N, 0, C7, and C14-C16 for each i ndependent molecu le ; the rest were left isotropic. For 3112 independent refl ec tions with F > 6G\F), R == 0.057. The compound has two independent molecules within the asymmetric unit. Two different conformers were observed which pack well together. /l The S---O interaction distances of 2.493(6) and 2 . 478(7) A were observed for molecules A and B respectively. These values are consistent with earlier findings for 2-benzoylmethylene-3-(2,4-dibromophenyl)- ~~ 2,3-dihydro-5-phenyl-l,3,4-thiadiazole C22H14Br2N20S (BRPHO) and 2-benzoylpropylidene-3-(2,4-dibromophenyl)-2,3-dihydroiii ,'r 5-phenyl-l,3,4-thiadiazole C24H18Br2N20S (BRPETO ) where S---O distances are l ess than the van der Waals (3.251\) but greater than those expected for () a single bond (1.50A). From the results and the literature it appears obvious that the energy/reaction coordinate pathway has a minimum between the end structures (the mono- and bicyclic compounds). * See reference (21) for nomenclature.

Modifications to the Suzuki reaction and mechanistic insights on the NBS mediated cleavage of benzylidene acetals /

One of the most challenging tasks for a synthetic organic chemist today, is the development of chemo, regio, and stereoselective methodologies toward the total synthesis of macromolecules. r . The objective of my thesis was to develop methodologies towards this end. The first part of my project was to develop highly functionalized chirons from D-glucose, a cheap, chiral starting material, to be utilized in this capacity. The second part of the project dealt with modifying the carbon-carbon bond forming Suzuki reaction, which is utilized quite often as a means of combining molecular sub units in total synthesis applications. As previously stated the first area of the project was to develop high value chirons from D-glucose, but the mechanism of their formation was also investigated. The free radical initiated oxidative fragmentation of benzylidene acetals was investigated through the use of several test-case substrates in order to unravel the possible mechanistic pathways. This was performed by reacting the different acetals with N-bromosuccinimide and benzoyl peroxide in chlorobenzene at 70^C in all cases. Of the three mechanistic pathways discussed in the literature, it was determined, from the various reaction products obtained, that the fragmentation of the initial benzylic radical does not occur spontaneously but rather, oxidation proceeds to give the benzyl bromide, which then fragments via a polar pathway. It was also discovered that the regioselectivity of the fragmentation step could be altered through incorporation of an allylic system into the benzylidene acetal. This allows for the acquisition of a new set of densely functionalized. chiral, valuable synthetic intermediates in only a few steps and in high yields from a-Dglucose. The second part of the project was the utilization of the phosphonium salt room temperature ionic liquid tetradecyltrihexylphosphonium chloride (THPC) as an efficient reusable medium for the palladium catalyzed Suzuki cross-coupling reaction of aryl halides, including aryl chlorides, under mild conditions. The cross-coupling reactions were found to proceed in THPC containing small amounts of water and toluene using potassium phosphate and 1% Pd2(dba)3. Variously substituted iodobenzenes, including electron rich derivatives, reacted efficiently in THPC with a variety of arylboronic acids and afforded complete conversion within 1 hour at 50 ^C. The corresponding aryl bromides also reacted under these conditions with the addition of a catalytic amount of triphenylphosphine that allowed for complete conversion and high isolated yields. The reactions involving aryl chlorides were considerably slower, although the addition of triphenylphosphine and heating at 70 ^C allowed high conversion of electron deficient derivatives. Addition of water and hexane to the reaction products results in a triphasic system in which the top hexane phase contained the biaryl products, the palladium catalyst remained fully dissolved in the central THPC layer, while the inorganic salts were extracted into the lower aqueous phase. The catalyst was then recycled by removing the top and bottom layers and adding the reagents to the ionic liquid which was heated again at 50 ^C; resulting in complete turnover of iodobenzene. Repetition of this procedure gave the biphenyl product in 82-97% yield (repeated five times) for both the initial and recycled reaction sequences.

The journey towards comprehensive school health within an aboriginal community

The purpose of this research is to describe the journey towards Comprehensive School Health at two Aboriginal elementary schools. An advocate and a healthy schools committee were identified at both schools and were responsible for developing initiatives to create a healthy school community. A case study was used to gather an in-depth understanding of Comprehensive School Health for the two schools involved. As a researcher, I functioned within the role of a participantobserver, as I was actively involved in the programs and initiatives completed in both schools. The research process included: the pilot study, ethics clearance and distribution of letters of invitation and consent forms. Data collection included 16 semi-structured, guided interviews with principals, teachers, and stupents. Participant observations included sites of the gymnasium, classroom, playgrounds, school environments, bulletin boards as well as artifact analysis of decuments such as school newsletters, physical education schedules and school handbooks. The interviews were transcribed and coded using an inductive approach which involves finding patterns, themes and categories from the data (patton, 2002). Research questions guided the findings as physical activity, physical education, nutrition and transportation were discussed. Themes developed t~rough coding were teacherstudent interactions, cultural traditions, time constraints and professional development and were discussed using a Comprehensive School Health framework.

Postcolonial entanglements of Power, Race, Class and Privilege in Child and Youth Care Work Within a Brazilian Favela

This research assesses the various aspects of Child and Youth Care (CYC) work and how relationships between child or youth and care provider are limited and constricted within greater political, social and historical contexts. Specifically, this research takes place internationally in Rio de Janeiro, Brazil within a favela (slum) and unveils the entangled and complex relationship that I, not only as an ethnographer, but also as a CYC worker had with the many young people that I encountered. It will address a variety of theories that demonstrate the potentials of reproducing oppressive relationships, and argue that it is imperative for CYC workers to critically reflect on the greater contexts in which their work is situated in order to gain forces with those young people whom they are attempting to serve.

DFT Studies of the Organocatalytic Aldol Reaction and a Frustrated Lewis Pair

The computational study, and in particular the density functional theory (DFT) study of the organocatalytic α-chlorination-aldol reaction and the chiral backbone Frustrated Lewis Pair (FLP) system served as a valuable tool for experimental purposes. This thesis describes methods to consider different transition states of the proline- catalyzed α-chlorination aldol reaction to determine the reasonable transition state in the reaction between the enamine and α-chloro aldehydes. Moreover, the novel intramolecular Frustrated Lewis pair based on a chiral backbone for the asymmetric hydrogenation of imines and enamines was designed and the ability of hydrogen splitting by this new FLP system was examined by computational modeling and calculating the hydrogen activation energy barrier.

De la consultation des peuples autochtones : structure institutionnelle d'un dialogue appelé à renouveler la notion des droits ancestraux : essai fondé sur la jurisprudence de la Cour suprême du Canada (1984-2004) et la théorie du droit

Le présent mémoire est consacré à l'étude de l'obligation faite à l'État canadien de consulter les autochtones lorsqu'il envisage de prendre des mesures portant atteinte à leurs droits et intérêts. On s'y interroge sur le sens que peut avoir cette obligation, si elle n'inclut pas celle de s'entendre avec les autochtones. Notre étude retrace d'abord l'évolution de l'obligation de consulter dans la jurisprudence de la Cour suprême du Canada, pour se pencher ensuite sur l'élaboration d'un modèle théorique du processus consultatif. En observant la manière dont la jurisprudence relative aux droits ancestraux a donné naissance à l'obligation de consulter, on constate que c'est en s'approchant au plus près de l'idée d'autonomie gouvernementale autochtone - soit en définissant le titre ancestral, droit autochtone à la terre elle-même - que la Cour a senti le besoin de développer la consultation en tant que véritable outil de dialogue entre l'État et les Premières nations. Or, pour assurer la participation réelle des parties au processus de consultation, la Cour a ensuite dû balancer leur rapport de forces, ce qu'elle a fait en admettant le manque de légitimité du pouvoir étatique sur les autochtones. C'est ainsi qu'après avoir donné naissance au processus de consultation, la jurisprudence relative aux droits ancestraux pourrait à son tour être modifiée substantiellement par son entremise. En effet, l'égalité qu'il commande remet en question l'approche culturaliste de la Cour aux droits ancestraux, et pourrait l'amener à refonder ces droits dans le principe plus égalitaire de continuité des ordres juridiques autochtones. Contrairement à l'approche culturaliste actuelle, ce principe fait place à la reconnaissance juridique de l'autonomie gouvernementale autochtone. La logique interne égalitaire du processus de consultation ayant ainsi été exposée, elle fait ensuite l'objet d'une plus ample analyse. On se demande d'abord comment concevoir cette logique sur le plan théorique. Ceci exige d'ancrer la consultation, en tant qu'institution juridique, dans une certaine vision du droit. Nous adoptons ici celle de Lon Fuller, riche de sens pour nos fins. Puis, nous explicitons les principes structurants du processus consultatif. Il appert de cette réflexion que l'effectivité de la consultation dépend de la qualité du dialogue qu'elle engendre entre les parties. Si elle respecte sa morale inhérente, la consultation peut générer une relation morale unique entre les autochtones et l'État canadien. Cette relation de reconnaissance mutuelle est une relation de don.

Politics in extraordinary times : a study of the reaction of political parties and elites to terrorism

Cette thèse porte sur le comportement des élites politiques durant les périodes de crise nationale et plus particulièrement sur leurs réactions aux attentats terroristes. Elle démontre que les crises terroristes sont tout comme les conflits militaires ou diplomatiques propices aux unions nationales et notamment aux ralliements des partis d’opposition auprès du gouvernement. L’analyse statistique d’actes terroristes s’étant produits dans cinq états démocratiques (Allemagne, Espagne, États-Unis d’Amérique, France et Royaume-Uni) entre 1990 et 2006 révèle que l’ampleur d’un attentat en termes de pertes humaines ainsi que la répétition de ces attentats influencent dans une large mesure la réaction des élites politiques. Ainsi plus l’ampleur d’un attentat est élevée, plus la probabilité d’un ralliement est grande. En revanche, la multiplication des attentats augmente la possibilité de dissension entre l’opposition et le gouvernement. Par ailleurs, l’opposition est plus susceptible de se rallier au gouvernement lorsque l’attentat est perpétré par des terroristes provenant de l’étranger. L’analyse quantitative indique également que l’existence d’un accord formel de coopération dans la lutte antiterroriste entre le gouvernement et l’opposition favorise l’union des élites. Enfin, les données analysées suggèrent que la proportion des ralliements dans les cinq pays est plus importante depuis les attentats du 11 septembre 2001. Une analyse qualitative portant exclusivement sur la France et couvrant la période 1980-2006 confirme la validité des variables identifiées dans la partie quantitative, mais suggère que les élites réagissent au nombre total de victimes (morts mais aussi blessés) et que la répétition des actes terroristes a moins d’impact lors des vagues d’attentats. Par ailleurs, les analyses de cas confirment que les élites politiques françaises sont plus susceptibles de se rallier quand un attentat vise un haut-fonctionnaire de l’État. Il apparaît également que les rivalités et rancœurs politiques propre à la France (notamment suite à l’arrivée de la gauche au pouvoir en 1981) ont parfois empêché le ralliement des élites. Enfin, cette analyse qualitative révèle que si l’extrême gauche française soutient généralement le gouvernement, qu’il soit de gauche ou de droite, en période de crise terroriste, l’extrême droite en revanche saisit quasi systématiquement l’opportunité offerte par l’acte terroriste pour critiquer le gouvernement ainsi que les partis de l’establishment. La thèse est divisée en sept chapitres. Le premier chapitre suggère que le comportement des élites politiques en période de crises internationales graves (guerres et conflits diplomatiques) est souvent influencé par la raison d’État et non par l’intérêt électoral qui prédomine lors des périodes plus paisibles. Le second chapitre discute du phénomène terroriste et de la littérature afférente. Le troisième chapitre analyse les causes du phénomène d’union nationale, soumet un cadre pour l’analyse de la réaction des élites aux actes terroristes, et présente une série d’hypothèses. Le quatrième chapitre détaille la méthodologie utilisée au cours de cette recherche. Les chapitres cinq et six présentent respectivement les résultats des analyses quantitatives et qualitatives. Enfin, le chapitre sept conclut cette thèse en résumant la contribution de l’auteur et en suggérant des pistes de recherche.

La capacité d'action collective des populations marginalisées dans le cadre des stratégies de lutte pour la reconnaissance : les cas de Cité de l'Éternel à Port-au-Prince (Haïti) et de la Sierra Santa Catarina (Mexico)

Cette thèse analyse la capacité d’action collective des populations marginalisées situées respectivement dans un bidonville appelé Cité de l’Éternel à Port-au-Prince (Haïti) et dans des campements à la Sierra Santa Catarina, Iztapalapa (Mexico). À Port-au-Prince, avant la chute de la dictature des Duvalier, des «tontons macoutes» envahirent un terrain situé en bordure du quai de la capitale, près du boulevard Harry Truman. Après s’y être installés, ils ont procédé à la vente de parcelles destinées à la construction de logement à des particuliers. Mais après la chute de Jean-Claude Duvalier, en 1986, des gens de la populace en ont profité pour envahir ce qui restait de ces terrains marécageux. Après l’occupation, ils se sont organisés pour défendre collectivement leur propriété avant d’entreprendre, par la suite, des démarches pour y amener des services et obtenir la régularisation de leur situation sur ces territoires. À la Sierra Santa Catarina, des populations conduites par des militants d’un Front populaire ont occupé des terrains situés au pied d’une montagne de sable afin d’accéder à la propriété et de construire leur demeure. À l’instar des populations de la Cité, ces gens se sont organisés pour aménager des espaces, y ériger des logements provisoires, monter la garde afin de ne pas être déguerpis par les forces de police. Tout en travaillant pour accéder à leur manière aux services de base, elles entreprennent des actions auprès des institutions publiques afin d’obtenir la régularisation de leur situation. Par rapport à la capacité d’action collective de ces populations, les théories sociologiques sont divisées. D’un côté, certains auteurs soutiennent la thèse de l’incapacité de ces populations d’avoir des intérêts collectifs et d’agir en conséquence. Selon eux, sans une médiation sociale ou à défaut d’une agrégation et d’une représentation politiques, ces populations sont incapables d’avoir une subjectivité collective. De l’autre, des auteurs pensent qu’à partir des liens d’amitié de parenté et de voisinage, indépendamment de leurs situations socioéconomiques, ces populations peuvent créer des stratégies de subsistance et de luttes qui leur permettent de trouver des solutions à des problèmes tant individuels que collectifs. S’agissant des populations qui envahissent des terrains en milieu urbain pour habiter, les actions de ces gens là sont définis déjà comme une forme d’action collective inscrite dans des rapports sociaux qui se caractérisent par la différenciation entre les groupes sociaux dans l’accès à la propriété. Ainsi, leurs revendications de reconnaissance et de régularisation auprès des instances étatiques sont déterminées par leur mode d’accès aux biens et aux richesses inégalement réparties en Haïti et au Mexique. Les populations des deux territoires ont entrepris diverses démarches auprès de certaines institutions et réalisé des actions collectives soit pour amener des services de base tels que l’eau et l’électricité, soit pour obtenir de l’État la reconnaissance des territoires envahis, c’est-à-dire leur jonction à la cartographie de la ville. Cette reconnaissance implique non seulement l’installation des services réguliers au bénéfice de la population mais aussi l’octroi à chaque propriétaire de son titre de propriété. Si dans le cas de la Sierra Santa Catarina les démarches sont entreprises auprès des institutions publiques, dans celui de Port-au-Prince, ce sont les ONG ou les agence de coopération qui sont touchées et qui fournissent certains services à la population conformément à la priorité de leurs bailleurs de fonds. Les interventions auprès de l’État se font plutôt dans le but d’obtenir une autorisation de fonctionnement d’une association locale. Il ressort des approches théoriques et des actions collectives réalisées par ces populations qu’on ne peut pas dire qu’elles sont incapables d’avoir une subjectivité collective et des intérêts communs sans une agrégation et une représentation politique. À partir de différents liens entre les individus, des associations sont créées lesquelles permettent d’établir une médiation entre les populations et d’autres organismes. Dans le cas des campements, les actions collectives sont certainement mises à contribution par quelques leaders. Cela participe de toute une tradition politique au Mexique. Néanmoins, dans certains campements, des populations parviennent à tenir tête jusqu’à révoquer certains leaders. Au-delà de leur situation socioéconomique, de l’emprise de certains dirigeants de campement, de l’indifférence de l’État (dans le cas de Port-au-Prince, notamment), ces populations font preuve d’une étonnante capacité critique de leur situation tant dans leurs relations avec les dirigeants des associations et des campements que par rapport à l’État. Ceci pourrait soulever des doutes quant à la possibilité qu’elles soient réellement ou inconsciemment manipulées. Cela suggère la possibilité d’actions collectives autonomes de portée critique là où les circonstances le permettent Mots clés : Marginalisation, action collective, reconnaissance, Débrouille, capacité critique, bidonvilles, instrumentalisation politique, reconnaissance fragmentée.

Essais sur des questions internationales en économie des ressources naturelles

Cette thèse s'articule autour de trois essais portant sur des questions internationales en économie des ressources naturelles. Le premier essai examine la production et l'échange des ressources non-renouvelables dans un modèle spatial et souligne le rôle de la superficie des pays et du coût des transports dans la détermination du sens de l'échange. Le deuxième essai considère le tarif d'extraction de la rente de rareté liée aux ressources naturelles non-renouvelables avec le modèle spatial développé dans premier essai. Le cadre spatial (plus général) permet de représenter des pays qui sont à la fois importateurs et producteurs de la ressource, ce qui n'est pas possible dans les modèles traditionnels de commerce international où les pays sont traités comme des points (sans dimension). Le troisième essai aborde la question des droits de propriétés sur les zones maritimes et examine l'allocation d'une population de pêcheurs entre les activités productives et non-productives dans une communauté côtière. Le premier chapitre propose un modèle spatial de commerce international des ressources non-renouvelables. Le cadre spatial considère explicitement la différence de taille géographique (superficie) entre les pays et permet ainsi de tenir compte du fait que les gisements naturels et leurs utilisateurs soient dispersés dans l'espace, même à l'intérieur d'un pays. En utilisant un modèle spatial à la Hotelling, nous examinons l'évolution dans le temps du sens de l'échange entre deux pays (ou régions) qui diffèrent du point de vue de leur technologie de production, de leur superficie et de leur dotation en gisement d'une ressource naturelle non-renouvelable. Le chapitre met en évidence le rôle de la taille géographique dans la détermination du sens de l'échange, à côté des explications traditionnelles que sont l'avantage comparatif et les dotations des facteurs. Notre analyse est fondamentalement différente des autres contributions dans la littérature sur le commerce international des ressources naturelles parce qu'elle souligne l'importance de la taille géographique et du coût de transport par rapport à d'autres facteurs dans la détermination des flux de ressource à l'équilibre. Le coût unitaire de transport joue un rôle capital pour déterminer si la différence de superficie entre les pays influence le sens de l'échange à l'équilibre plus que les autres facteurs. Le chapitre discute aussi du caractère régional des échanges qui a été observé pour certaines ressources telles que le minerai de fer et la bauxite. Le chapitre deux aborde la question de la répartition de la rente de rareté liée aux ressources naturelles non-renouvelables entre les pays producteurs et les pays consommateurs. Cette question a été abordée dans la littérature sous une hypothèse quelque peu restrictive. En effet, dans la plupart des travaux portant sur ce sujet le pays importateur est automatiquement considéré comme dépourvu de gisement et donc non producteur de la ressource. Pourtant la réalité est qu'il existe des ressources pour lesquelles un pays est à la fois producteur et importateur. Le cadre d'analyse de ce second essai est le modèle spatial développé dans le premier essai, qui permet justement qu'un pays puisse être à la fois importateur et producteur de la ressource. Le pays importateur détermine alors simultanément le tarif optimal et le taux d'extraction de son propre stock. Nous montrons que le tarif optimal croît au taux d'intérêt et de ce fait, ne crée aucune distorsion sur le sentier d'extraction de la ressource. Le tarif optimal permet de récupérer toute la rente lorsque le pays exportateur ne consomme pas la ressource. Néanmoins, la possibilité pour le pays exportateur de consommer une partie de son stock limite la capacité du pays importateur à récupérer la rente chez le pays exportateur. La présence de gisements de la ressource dans le pays importateur réduit la rente du pays exportateur et de ce fait renforce la capacité du pays importateur à récupérer la rente chez le pays exportateur. Le tarif initial est une fonction décroissante du stock de ressource dans le pays importateur. Cet essai aborde également la question de la cohérence dynamique du tarif obtenu avec la stratégie en boucle ouverte. Le troisième chapitre examine un problème d'allocation de l'effort entre les activités productives (par exemple la pêche) et les activités non productives (par exemple la piraterie maritime) dans une population de pêcheurs. La répartition de la population entre les activités de pêche et la piraterie est déterminée de façon endogène comme une conséquence du choix d'occupation. Nous établissons l'existence d'une multiplicité d'équilibres et mettons en évidence la possibilité d'une trappe de piraterie, c'est-à-dire un équilibre stable où une partie de la population est engagée dans les actes de piraterie. Le modèle permet d'expliquer l'augmentation significative des attaques de piraterie dans le Golfe d'Aden au cours des dernières années. Le chapitre discute aussi des différents mécanismes pour combattre la piraterie et souligne le rôle crucial des droits de propriété.

Encodage des forces tactiles dans le cortex somatosensoriel primaire

Les deux fonctions principales de la main sont la manipulation d’objet et l’exploration tactile. La détection du glissement, rapportée par les mécanorécepteurs de la peau glabre, est essentielle pour l’exécution de ces deux fonctions. Durant la manipulation d’objet, la détection rapide du micro-glissement (incipient slip) amène la main à augmenter la force de pince pour éviter que l’objet ne tombe. À l’opposé, le glissement est un aspect essentiel à l’exploration tactile puisqu’il favorise une plus grande acuité tactile. Pour ces deux actions, les forces normale et tangentielle exercées sur la peau permettent de décrire le glissement mais également ce qui arrive juste avant qu’il y ait glissement. Toutefois, on ignore comment ces forces contrôlées par le sujet pourraient être encodées au niveau cortical. C’est pourquoi nous avons enregistré l’activité unitaire des neurones du cortex somatosensoriel primaire (S1) durant l’exécution de deux tâches haptiques chez les primates. Dans la première tâche, deux singes devaient saisir une pastille de métal fixe et y exercer des forces de cisaillement sans glissement dans une de quatre directions orthogonales. Des 144 neurones enregistrés, 111 (77%) étaient modulés à la direction de la force de cisaillement. L’ensemble de ces vecteurs préférés s’étendait dans toutes les directions avec un arc variant de 50° à 170°. Plus de 21 de ces neurones (19%) étaient également modulés à l’intensité de la force de cisaillement. Bien que 66 neurones (59%) montraient clairement une réponse à adaptation lente et 45 autres (41%) une réponse à adaptation rapide, cette classification ne semblait pas expliquer la modulation à l’intensité et à la direction de la force de cisaillement. Ces résultats montrent que les neurones de S1 encodent simultanément la direction et l’intensité des forces même en l’absence de glissement. Dans la seconde tâche, deux singes ont parcouru différentes surfaces avec le bout des doigts à la recherche d’une cible tactile, sans feedback visuel. Durant l’exploration, les singes, comme les humains, contrôlaient les forces et la vitesse de leurs doigts dans une plage de valeurs réduite. Les surfaces à haut coefficient de friction offraient une plus grande résistance tangentielle à la peau et amenaient les singes à alléger la force de contact, normale à la peau. Par conséquent, la somme scalaire des composantes normale et tangentielle demeurait constante entre les surfaces. Ces observations démontrent que les singes contrôlent les forces normale et tangentielle qu’ils appliquent durant l’exploration tactile. Celles-ci sont également ajustées selon les propriétés de surfaces telles que la texture et la friction. Des 230 neurones enregistrés durant la tâche d’exploration tactile, 96 (42%) ont montré une fréquence de décharge instantanée reliée aux forces exercées par les doigts sur la surface. De ces neurones, 52 (54%) étaient modulés avec la force normale ou la force tangentielle bien que l’autre composante orthogonale avait peu ou pas d’influence sur la fréquence de décharge. Une autre sous-population de 44 (46%) neurones répondait au ratio entre la force normale et la force tangentielle indépendamment de l’intensité. Plus précisément, 29 (30%) neurones augmentaient et 15 (16%) autres diminuaient leur fréquence de décharge en relation avec ce ratio. Par ailleurs, environ la moitié de tous les neurones (112) étaient significativement modulés à la direction de la force tangentielle. De ces neurones, 59 (53%) répondaient à la fois à la direction et à l’intensité des forces. L’exploration de trois ou quatre différentes surfaces a permis d’évaluer l’impact du coefficient de friction sur la modulation de 102 neurones de S1. En fait, 17 (17%) neurones ont montré une augmentation de leur fréquence de décharge avec l’augmentation du coefficient de friction alors que 8 (8%) autres ont montré le comportement inverse. Par contre, 37 (36%) neurones présentaient une décharge maximale sur une surface en particulier, sans relation linéaire avec le coefficient de friction des surfaces. La classification d’adaptation rapide ou lente des neurones de S1 n’a pu être mise en relation avec la modulation aux forces et à la friction. Ces résultats montrent que la fréquence de décharge des neurones de S1 encode l’intensité des forces normale et tangentielle, le ratio entre les deux composantes et la direction du mouvement. Ces résultats montrent que le comportement d’une importante sous-population des neurones de S1 est déterminé par les forces normale et tangentielle sur la peau. La modulation aux forces présentée ici fait le pont entre les travaux évaluant les propriétés de surfaces telles que la rugosité et les études touchant à la manipulation d’objets. Ce système de référence s’applique en présence ou en absence de glissement entre la peau et la surface. Nos résultats quant à la modulation des neurones à adaptation rapide ou lente nous amènent à suggérer que cette classification découle de la manière que la peau est stimulée. Nous discuterons aussi de la possibilité que l’activité des neurones de S1 puisse inclure une composante motrice durant ces tâches sensorimotrices. Finalement, un nouveau cadre de référence tridimensionnel sera proposé pour décrire et rassembler, dans un même continuum, les différentes modulations aux forces normale et tangentielle observées dans S1 durant l’exploration tactile.

Evaluation of multiple reaction monitoring cubed for the analysis of tachykinin related peptides in rat spinal cord using a hybrid triple quadrupole–linear ion trap mass spectrometer

Targeted peptide methods generally use HPLC-MS/MRM approaches. Although dependent on the instrumental resolution, interferences may occur while performing analysis of complex biological matrices. HPLC-MS/MRM3 is a technique, which provides a significantly better selectivity, compared with HPLC-MS/MRM assay. HPLC-MS/MRM3 allows the detection and quantitation by enriching standard MRM with secondary product ions that are generated within the linear ion trap. Substance P (SP) and neurokinin A (NKA) are tachykinin peptides playing a central role in pain transmission. The objective of this study was to verify whether HPLC-HPLCMS/ MRM3 could provide significant advantages over a more traditional HPLC-MS/MRM assay for the quantification of SP and NKA in rat spinal cord. The results suggest that reconstructed MRM3 chromatograms display significant improvements with the nearly complete elimination of interfering peaks but the sensitivity (i.e. signal-to-noise ratio) was severely reduced. The precision (%CV) observed was between 3.5% - 24.1% using HPLC-MS/MRM and in the range of 4.3% - 13.1% with HPLC-MS/MRM3, for SP and NKA. The observed accuracy was within 10% of the theoretical concentrations tested. HPLC-MS/MRM3 may improve the assay sensitivity to detect difference between samples by reducing significantly the potential of interferences and therefore reduce instrumental errors.