Poincaré is a subgroup of Galilei in one space dimension more

Through an imaginary change of coordinates, the ordinary Poincar algebra is shown to be a subalgebra of the Galilei one in four space dimensions. Through a subsequent contraction the remaining Lie generators are eliminated in a natural way. An application of these results to connect Galilean and relativistic field equations is discussed.

Radial displacement of a fluid annulus in a rotating Hele¿Shaw cell

The radial displacement of a fluid annulus in a rotating circular Hele-Shaw cell has been investigated experimentally. It has been found that the flow depends sensitively on the wetting conditions at the outer interface. Displacements in a prewet cell are well described by Darcy's law in a wide range of experimental parameters, with little influence of capillary effects. In a dry cell, however, a more careful analysis of the interface motion is required; the interplay between a gradual loss of fluid at the inner interface, and the dependence of capillary forces at the outer interface on interfacial velocity and dynamic contact angle, result in a constant velocity for the interfaces. The experimental results in this case correlate in the form of an empirical scaling relation between the capillary number Ca and a dimensionless group, related to the ratio of centrifugal to capillary forces, which spans about three orders of magnitude in both quantities. Finally, the relative thickness of the coating film left by the inner interface, alpha i, is obtained as a function of Ca.

Major impact of body position on arterial stiffness indices derived from radial applanation tonometry in pregnant and non pregnant woman

Pendant la grossesse, la pression artérielle reste stable malgré une nette augmentation du volume d'éjection systolique et du débit cardiaque. Cette stabilité vient d'un côté d'une vasodilatation périphérique entraînant une diminution des résistances périphériques et d'un autre côté d'une moindre rigidité des principales artères notamment l'aorte. En conséquence, l'amplitude des ondes de pouls est atténuée, de même que leur vitesse de propagation dans le sens tant antérogade que rétrograde (ondes réfléchies). Les ondes réfléchies tendent ainsi à atteindre l'aorte ascendante plus tard durant la systole, voire durant la diastole, ce qui peut contribuer à diminuer la pression puisée. La prééclampsie perturbe massivement ce processus d'adaptation. Il s'agit d'une maladie hypertensive de la grossesse engendrant une importante morbidité et mortalité néonatale et maternelle. Il est à remarquer que la diminution de la rigidité artérielle n'est pas observée chez les patientes atteintes avec pour conséquence une forte augmentation de la pression systolique centrale (aortique) par les ondes réfléchies. Ce fait a été établi grâce à l'existence de la tonométrie d'aplanation, une méthode permettant l'évaluation non invasive de l'onde de pouls centrale. Dans cette méthode, un senseur de pression piézo-électrique permet de capter l'onde de pouls périphérique, le plus souvent sur l'artère radiale. Par la suite, un algorithme validé permet d'en déduire la forme de l'onde de pouls centrale et de visualiser à quel moment du cycle cardiaque s'y ajoutent les ondes réfléchies. Plusieurs études font état d'une forte augmentation de la pression systolique centrale par les ondes réfléchies chez les patientes atteintes de prééclampsie, suggérant l'utilisation de cette méthode pour le diagnostic et le monitoring voire pour le dépistage de ces patientes. Pour atteindre ce but, il est nécessaire d'établir des normes en rapport notamment avec l'âge gestationnel. Dans la littérature, les données pertinentes actuellement disponibles sont variables, voire contradictoires. Par exemple, les ondes réfléchies proéminentes dans la partie diastolique de l'onde de pouls centrale disparaissaient chez des patientes enceintes au 3eme trimestre comparées à des contrôles non enceintes dans une étude lausannoise, alors que deux autres études présentent l'observation contraire. Autre exemple, certains auteurs décrivent une diminution progressive de l'augmentation systolique jusqu'à l'accouchement alors que d'autres rapportent un nadir aux environs du 6ème mois, suivi d'un retour à des valeurs plus élevées en fin de grossesse. Les mesures effectuées dans toutes ces études différaient dans leur exécution, les patientes étant notamment dans des postions corporelles différentes (couchées, semi-couchées, assises, en décubitus latéral). Or nous savons que le status hémodynamique est très sensible aux changements de position, particulièrement durant la grossesse où l'utérus gravide est susceptible d'avoir des interactions mécaniques avec les veines et possiblement les artères abdominales. Ces différences méthodologiques pourraient donc expliquer, au moins en partie, l'hétérogénéité des résultats concernant l'onde de pouls chez la femme enceinte, ce qui à notre connaissance n'a jamais été exploré. Nous avons mesuré l'onde de pouls dans les positions assise et couchée chez des femmes enceintes, au 3eme trimestre d'une grossesse non compliquée, et nous avons effectué une comparaison avec des données similaire obtenues chez des femmes non enceintes en bonne santé habituelle. Les résultats montrent que la position du corps a un impact majeur sur la forme de l'onde de pouls centrale. Comparée à la position assise, la position couchée se caractérise par une moindre augmentation systolique et, par contraste, une augmentation diastolique plus marquée. De manière inattendue, cet effet s'observe aussi bien en présence qu'en l'absence de grossesse, suggérant que la cause première n'en réside pas dans les interactions mécaniques de l'utérus gravide avec les vaisseaux sanguins abdominaux. Nos observations pourraient par contre être expliquées par l'influence de la position du corps, via un phénomène hydrostatique simple, sur la pression transmurale des artères éloignées du coeur, tout particulièrement celles des membres inférieurs et de l'étage abdominal. En position verticale, ces vaisseaux augmenteraient leur rigidité pour résister à la distension de leur paroi, ce qui y accroîtrait la vitesse de propagation des ondes de pression. En l'état, cette explication reste hypothétique. Mais quoi qu'il en soit, nos résultats expliquent certaines discordances entre les études conduites à ce jour pour caractériser l'influence de la grossesse physiologique sur la forme de l'onde de pouls central. De plus, ils indiquent que la position du corps doit être prise en compte lors de toute investigation utilisant la tonométrie d'applanation pour déterminer la rigidité des artères chez les jeunes femmes enceintes ou non. Il sera aussi nécessaire d'en tenir compte pour établir des normes en vue d'une utilisation de la tonométrie d'aplanation pour dépister ou suivre les patientes atteintes de prééclampsie. Il serait enfin intéressant d'évaluer si l'effet de la position sur la forme de l'onde de pouls central existe également dans l'autre sexe et chez des personnes plus âgées.

Formation of a spatial memory trace : a behavioral, cellular and molecular study

THESIS ABSTRACTThis thesis project was aimed at studying the molecular mechanisms underlying learning and memory formation, in particular as they relate to the metabolic coupling between astrocytes and neurons. For that, changes in the metabolic activity of different mice brain regions after 1 or 9 days of training in an eight-arm radial maze were assessed by (14C) 2-deoxyglucose (2DG) autoradiography. Significant differences in the areas engaged during the behavioral task at day 1 (when animals are confronted for the first time to the learning task) and at day 9 (when animals are highly performing) have been identified. These areas include the hippocampus, the fornix, the parietal cortex, the laterodorsal thalamic nucleus and the mammillary bodies at day 1 ; and the anterior cingulate, the retrosplenial cortex and the dorsal striatum at day 9. Two of these cerebral regions (those presenting the greatest changes at day 1 and day 9: the hippocampus and the retrosplenial cortex, respectively) were microdissected by laser capture microscopy and selected genes related to neuron-glia metabolic coupling, glucose metabolism and synaptic plasticity were analyzed by RT-PCR. 2DG and gene expression analysis were performed at three different times: 1) immediately after the end of the behavioral paradigm, 2) 45 minutes and 3) 6 hours after training. The main goal of this study was the identification of the metabolic adaptations following the learning task. Gene expression results demonstrate that the learning task profoundly modulates the pattern of gene expression in time, meaning that these two cerebral regions with high 2DG signal (hippocampus and retrosplenial cortex) have adapted their metabolic molecular machinery in consequence. Almost all studied genes show a higher expression in the hippocampus at day 1 compared to day 9, while an increased expression was found in the retrosplenial cortex at day 9. We can observe these molecular adaptations with a short delay of 45 minutes after the end of the task. However, 6 hours after training a high gene expression was found at day 9 (compared to day 1) in both regions, suggesting that only one day of training is not sufficient to detect transcriptional modifications several hours after the task. Thus, gene expression data match 2DG results indicating a transfer of information in time (from day 1 to day 9) and in space (from the hippocampus to the retrosplenial cortex), and this at a cellular and a molecular level. Moreover, learning seems to modify the neuron-glia metabolic coupling, since several genes involved in this coupling are induced. These results also suggest a role of glia in neuronal plasticity.RESUME DU TRAVAIL DE THESECe projet de thèse a eu pour but l'étude des mécanismes moléculaires qui sont impliqués dans l'apprentissage et la mémoire et, en particulier, à les mettre en rapport avec le couplage métabolique existant entre les astrocytes et les neurones. Pour cela, des changements de l'activité métabolique dans différentes régions du cerveau des souris après 1 ou 9 jours d'entraînement dans un labyrinthe radial à huit-bras ont été évalués par autoradiographie au 2-désoxyglucose (2DG). Des différences significatives dans les régions engagées pendant la tâche comportementale au jour 1 (quand les animaux sont confrontés pour la première fois à la tâche) et au jour 9 (quand les animaux ont déjà appris) ont été identifiés. Ces régions incluent, au jour 1, l'hippocampe, le fornix, le cortex pariétal, le noyau thalamic laterodorsal et les corps mamillaires; et, au jour 9, le cingulaire antérieur, le cortex retrosplenial et le striatum dorsal. Deux de ces régions cérébrales (celles présentant les plus grands changements à jour 1 et à jour 9: l'hippocampe et le cortex retrosplenial, respectivement) ont été découpées par microdissection au laser et quelques gènes liés au couplage métabolique neurone-glie, au métabolisme du glucose et à la plasticité synaptique ont été analysées par RT-PCR. L'étude 2DG et l'analyse de l'expression de gènes ont été exécutés à trois temps différents: 1) juste après entraînement, 2) 45 minutes et 3) 6 heures après la fin de la tâche. L'objectif principal de cette étude était l'identification des adaptations métaboliques suivant la tâche d'apprentissage. Les résultats de l'expression de gènes démontrent que la tâche d'apprentissage module profondément le profile d'expression des gènes dans le temps, signifiant que ces deux régions cérébrales avec un signal 2DG élevé (l'hippocampe et le cortex retrosplenial) ont adapté leurs « machines moléculaires » en conséquence. Presque tous les gènes étudiés montrent une expression plus élevée dans l'hippocampe au jour 1 comparé au jour 9, alors qu'une expression accrue a été trouvée dans le cortex retrosplenial au jour 9. Nous pouvons observer ces adaptations moléculaires avec un retard court de 45 minutes après la fin de la tâche. Cependant, 6 heures après l'entraînement, une expression de gènes élevée a été trouvée au jour 9 (comparé à jour 1) dans les deux régions, suggérant que seulement un jour d'entraînement ne suffit pas pour détecter des modifications transcriptionelles plusieurs heures après la tâche. Ainsi, les données d'expression de gènes corroborent les résultats 2DG indiquant un transfert d'information dans le temps (de jour 1 à jour 9) et dans l'espace (de l'hippocampe au cortex retrosplenial), et ceci à un niveau cellulaire et moléculaire. D'ailleurs, la tâche d'apprentissage semble modifier le couplage métabolique neurone-glie, puisque de nombreux gènes impliqués dans ce couplage sont induits. Ces observations suggèrent un rôle important de la glie dans les mécanismes de plasticité du système nerveux.

Nonlinear filtering in object and Fourier space in a joint transform optical correlator: comparison and experimental realization

The use of different kinds of nonlinear filtering in a joint transform correlator are studied and compared. The study is divided into two parts, one corresponding to object space and the second to the Fourier domain of the joint power spectrum. In the first part, phase and inverse filters are computed; their inverse Fourier transforms are also computed, thereby becoming the reference in the object space. In the Fourier space, the binarization of the power spectrum is realized and compared with a new procedure for removing the spatial envelope. All cases are simulated and experimentally implemented by a compact joint transform correlator.

Massless minimally coupled fields in de Sitter space: O(4)-symmetric states versus de Sitter invariant vacuum

The issue of de Sitter invariance for a massless minimally coupled scalar field is examined. Formally, it is possible to construct a de Sitterinvariant state for this case provided that the zero mode of the field is quantized properly. Here we take the point of view that this state is physically acceptable, in the sense that physical observables can be computed and have a reasonable interpretation. In particular, we use this vacuum to derive a new result: that the squared difference between the field at two points along a geodesic observers spacetime path grows linearly with the observers proper time for a quantum state that does not break de Sitter invariance. Also, we use the Hadamard formalism to compute the renormalized expectation value of the energy-momentum tensor, both in the O(4)-invariant states introduced by Allen and Follaci, and in the de Sitterinvariant vacuum. We find that the vacuum energy density in the O(4)-invariant case is larger than in the de Sitterinvariant case.

Nucleation rates in flat and curved space

Nucleation rates for tunneling processes in Minkowski and de Sitter space are investigated, taking into account one loop prefactors. In particular, we consider the creation of membranes by an antisymmetric tensor field, analogous to Schwinger pair production. This can be viewed as a model for the decay of a false (or true) vacuum at zero temperature in the thin wall limit. Also considered is the spontaneous nucleation of strings, domain walls, and monopoles during inflation. The instantons for these processes are spherical world sheets or world lines embedded in flat or de Sitter backgrounds. We find the contribution of such instantons to the semiclassical partition function, including the one loop corrections due to small fluctuations around the spherical world sheet. We suggest a prescription for obtaining, from the partition function, the distribution of objects nucleated during inflation. This can be seen as an extension of the usual formula, valid in flat space, according to which the nucleation rate is twice the imaginary part of the free energy. For the case of pair production, the results reproduce those that can be obtained using second quantization methods, confirming the validity of instanton techniques in de Sitter space. Throughout the paper, both the gravitational field and the antisymmetric tensor field are assumed external.

Pair production by and electric field in (1+1)-dimensional de Sitter space

We use the method of Bogolubov transformations to compute the rate of pair production by an electric field in (1+1)-dimensional de Sitter space. The results are in agreement with those obtained previously using the instanton methods. This is true even when the size of the instanton is comparable to the size of the de Sitter horizon.

Heat kernels and thermodynamics in Rindler space

We point out that using the heat kernel on a cone to compute the first quantum correction to the entropy of Rindler space does not yield the correct temperature dependence. In order to obtain the physics at arbitrary temperature one must compute the heat kernel in a geometry with different topology (without a conical singularity). This is done in two ways, which are shown to agree with computations performed by other methods. Also, we discuss the ambiguities in the regularization procedure and their physical consequences.

Singularity-free space-time

We show that the solution published in the paper by Senovilla [Phys. Rev. Lett. 64, 2219 (1990)] is geodesically complete and singularity-free. We also prove that the solution satisfies the stronger energy and causality conditions, such as global hyperbolicity, the strong energy condition, causal symmetry, and causal stability. A detailed discussion about which assumptions in the singularity theorems are not satisfied is performed, and we show explicitly that the solution is in accordance with those theorems. A brief discussion of the results is given.

How to measure cortical folding from MR images: a step-by-step tutorial to compute local gyrification index.

Cortical folding (gyrification) is determined during the first months of life, so that adverse events occurring during this period leave traces that will be identifiable at any age. As recently reviewed by Mangin and colleagues(2), several methods exist to quantify different characteristics of gyrification. For instance, sulcal morphometry can be used to measure shape descriptors such as the depth, length or indices of inter-hemispheric asymmetry(3). These geometrical properties have the advantage of being easy to interpret. However, sulcal morphometry tightly relies on the accurate identification of a given set of sulci and hence provides a fragmented description of gyrification. A more fine-grained quantification of gyrification can be achieved with curvature-based measurements, where smoothed absolute mean curvature is typically computed at thousands of points over the cortical surface(4). The curvature is however not straightforward to comprehend, as it remains unclear if there is any direct relationship between the curvedness and a biologically meaningful correlate such as cortical volume or surface. To address the diverse issues raised by the measurement of cortical folding, we previously developed an algorithm to quantify local gyrification with an exquisite spatial resolution and of simple interpretation. Our method is inspired of the Gyrification Index(5), a method originally used in comparative neuroanatomy to evaluate the cortical folding differences across species. In our implementation, which we name local Gyrification Index (lGI(1)), we measure the amount of cortex buried within the sulcal folds as compared with the amount of visible cortex in circular regions of interest. Given that the cortex grows primarily through radial expansion(6), our method was specifically designed to identify early defects of cortical development. In this article, we detail the computation of local Gyrification Index, which is now freely distributed as a part of the FreeSurfer Software (http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/, Martinos Center for Biomedical Imaging, Massachusetts General Hospital). FreeSurfer provides a set of automated reconstruction tools of the brain's cortical surface from structural MRI data. The cortical surface extracted in the native space of the images with sub-millimeter accuracy is then further used for the creation of an outer surface, which will serve as a basis for the lGI calculation. A circular region of interest is then delineated on the outer surface, and its corresponding region of interest on the cortical surface is identified using a matching algorithm as described in our validation study(1). This process is repeatedly iterated with largely overlapping regions of interest, resulting in cortical maps of gyrification for subsequent statistical comparisons (Fig. 1). Of note, another measurement of local gyrification with a similar inspiration was proposed by Toro and colleagues(7), where the folding index at each point is computed as the ratio of the cortical area contained in a sphere divided by the area of a disc with the same radius. The two implementations differ in that the one by Toro et al. is based on Euclidian distances and thus considers discontinuous patches of cortical area, whereas ours uses a strict geodesic algorithm and include only the continuous patch of cortical area opening at the brain surface in a circular region of interest.

Bilateral symmetry of radial pulse in high-level tennis players : implications for the validity of central aortic pulse wave analysis

Rapport de synthèse Ce travail de thèse s'articule autour de l'importance de l'évaluation de la fonction vasculaire et des répercussions au niveau central, cardiaque, des perturbations du réseau vasculaire. Les maladies cardiovasculaires sont prédominantes dans notre société et causes de morbidité et mortalité importante. La mesure de la pression artérielle classique reste le moyen le plus utilisé pour suivre la santé des vaisseaux, mais ne reflète pas directement ce qui se passe au niveau du coeur. La tonométrie d'aplanation permet depuis quelques années de mesurer l'onde de pouls radial, et par le biais d'une fonction mathématique de transfert validée, il est possible d'en déduire la forme et Γ amplitude de l'onde de pouls central, donc de la pression aortique centrale. Cette dernière est un reflet bien plus direct de la post-charge cardiaque, et de nombreuses études cliniques actuelles s'intéressent à cette mesure pour stratifier le risque ou évaluer l'effet d'un traitement vasculaire. Toutefois, bien que cet outil soit de plus en plus utilisé, il est rarement précisé si la latéralité de la mesure joue un rôle, sachant que certaines propriétés des membres supérieurs peuvent être affectées par un usage préférentiel (masse musculaire, densité osseuse, diamètre des artères, capillarisation musculaire, et même fonction endothéliale). On a en effet observé que ces divers paramètre étaient tous augmentés sur un bras entraîné. Dès lors on peut se poser la question de l'influence de ces adaptations physiologiques sur la mesure indirecte effectuée par le biais du pouls radial. Nous avons investigué les deux membres supérieurs de sujets jeunes et sédentaires (SED), ainsi que ceux de sujets sportifs avec un développement fortement asymétrique des bras, soit des joueurs de tennis de haut niveau (TEN). Des mesures anthropométriques incluant la composition corporelle et la circonférence des bras et avant-bras ont montré que TEN présente une asymétrie hautement significative aux deux mesures entre le bras dominant (entraîné) et l'autre, ce qui est aussi présent pour la force de serrage (mesurée au dynamomètre de Jamar). L'analyse des courbes centrales de pouls ne montre aucune différence entre les deux membres dans chaque groupe, par contre on peut observer une différence entre SED et TEN, avec un index d'augmentation diastolique qui est 50 % plus élevé chez TEN. Les index d'augmentation systolique sont identiques dans les deux groupes. On peut retenir de cette étude la validité de la méthode de tonométrie d'aplanation quel que soit le bras utilisé (dominant ou non-dominant) et ce même si une asymétrie conséquente est présente. Ces données sont clairement nouvelles et permettent de s'affranchir de cette variable dans la mesure d'un paramètre cardiovasculaire dont l'importance est actuellement grandissante. Les différences d'index diastolique sont expliquées par la fréquence cardiaque et la vitesse de conduction de l'onde de pouls plus basses chez TEN, causant un retard diastolique du retour de l'onde au niveau central, phénomène précédemment bien décrit dans la littérature.