Submillimeter three-dimensional coronary MR angiography with real-time navigator correction: comparison of navigator locations.

Three-dimensional free-breathing coronary magnetic resonance angiography was performed in eight healthy volunteers with use of real-time navigator technology. Images acquired with the navigator localized at the right hemidiaphragm and at the left ventricle were objectively compared. The diaphragmatic navigator was found to be superior for vessel delineation of middle to distal portions of the coronary arteries.

New methods to quantify NH3 volatilization from fertilized surface soil with urea

Gaseous N losses from soil are considerable, resulting mostly from ammonia volatilization linked to agricultural activities such as pasture fertilization. The use of simple and accessible measurement methods of such losses is fundamental in the evaluation of the N cycle in agricultural systems. The purpose of this study was to evaluate quantification methods of NH3 volatilization from fertilized surface soil with urea, with minimal influence on the volatilization processes. The greenhouse experiment was arranged in a completely randomized design with 13 treatments and five replications, with the following treatments: (1) Polyurethane foam (density 20 kg m-3) with phosphoric acid solution absorber (foam absorber), installed 1, 5, 10 and 20 cm above the soil surface; (2) Paper filter with sulfuric acid solution absorber (paper absorber, 1, 5, 10 and 20 cm above the soil surface); (3) Sulfuric acid solution absorber (1, 5 and 10 cm above the soil surface); (4) Semi-open static collector; (5) 15N balance (control). The foam absorber placed 1 cm above the soil surface estimated the real daily rate of loss and accumulated loss of NH3N and proved efficient in capturing NH3 volatized from urea-treated soil. The estimates based on acid absorbers 1, 5 and 10 cm above the soil surface and paper absorbers 1 and 5 cm above the soil surface were only realistic for accumulated N-NH3 losses. Foam absorbers can be indicated to quantify accumulated and daily rates of NH3 volatilization losses similarly to an open static chamber, making calibration equations or correction factors unnecessary.

Waddlia, Parachlamydia and Chlamydiaceae in bovine abortion.

The etiology remains unknown in many cases of bovine abortion in Switzerland. Bacteria of the Chlamydiales order are known abortive agents, therefore cases of bovine abortion from three representative regions of Switzerland were investigated in this study. Particularly Chlamydiaceae as well as the Chlamydia-like organisms Waddlia and Parachlamydia were of interest, especially because of their possible zoonotic potential. Placenta samples (n=343) were tested for these bacteria by different PCR-methods, immunohistochemistry and serology for Chlamydia abortus. Additionally an attempt for the isolation of Waddlia and Parachlamydia was made by co-cultivation in amoebae. In 67.3% of the 343 cases a necrotizing and/or purulent placentitis was found histologically. By real-time PCR, 0.9% (3/343) of the cases were positive for Waddlia, 13.4% (46/343) positive for Parachlamydia and 14.6% (50/343) positive or questionable positive for Chlamydiaceae. Of these samples, confirmation by immunohistochemistry was possible in 2/3 cases for Waddlia, 25/46 for Parachlamydia and 4/50 for Chlamydiaceae. Of the 50 cases positive or questionable positive for Chlamydiaceae, species-identification by ArrayTube Microarray or 16S rRNA PCR resulted in 41 cases positive for C. abortus whereas the presence of Chlamydia suis was confirmed in four and Chlamydia pecorum in one case. This study brought evidence for the importance of different members of Chlamydiales in different regions of Switzerland although Waddlia is not occurring in a high prevalence. On the other hand mixed infections with different Chlamydiales as well as with other abortigenic agents could be found.

Isothermal microcalorimetry: a novel method for real-time determination of antifungal susceptibility of Aspergillus species.

We evaluated microcalorimetry for real-time susceptibility testing of Aspergillus spp. based on growth-related heat production. The minimal heat inhibitory concentration (MHIC) for A. fumigatus ATCC 204305 was 1 mg/L for amphotericin B, 0.25 mg/L for voriconazole, 0.06 mg/L for posaconazole, 0.125 mg/L for caspofungin and 0.03 mg/L for anidulafungin. Agreement within two 2-fold dilutions between MHIC (determined by microcalorimetry) and MIC or MEC (determined by CLSI M38A) was 90% for amphotericin B, 100% for voriconazole, 90% for posaconazole and 70% for caspofungin. This proof-of-concept study demonstrated the potential of isothermal microcalorimetry for growth evaluation of Aspergillus spp. and real-time antifungal susceptibility testing.

Real-time motion correction in navigator-gated free-breathing double-oblique submillimeter 3D right coronary artery magnetic resonance angiography.

RATIONALE AND OBJECTIVES: The purpose of this study was the investigation of the impact of real-time adaptive motion correction on image quality in navigator-gated, free-breathing, double-oblique three-dimensional (3D) submillimeter right coronary magnetic resonance angiography (MRA). MATERIALS AND METHODS: Free-breathing 3D right coronary MRA with real-time navigator technology was performed in 10 healthy adult subjects with an in-plane spatial resolution of 700 x 700 microm. Identical double-oblique coronary MR-angiograms were performed with navigator gating alone and combined navigator gating and real-time adaptive motion correction. Quantitative objective parameters of contrast-to-noise ratio (CNR) and vessel sharpness and subjective image quality scores were compared. RESULTS: Superior vessel sharpness, increased CNR, and superior image quality scores were found with combined navigator gating and real-time adaptive motion correction (vs. navigator gating alone; P < 0.01 for all comparisons). CONCLUSION: Real-time adaptive motion correction objectively and subjectively improves image quality in 3D navigator-gated free-breathing double-oblique submillimeter right coronary MRA.

Reliability of methods used for the risk assessment of mixture of micropollutants in aquatic enviromments : from theoretical concepts to field observations

Ces dernières années, de nombreuses recherches ont mis en évidence les effets toxiques des micropolluants organiques pour les espèces de nos lacs et rivières. Cependant, la plupart de ces études se sont focalisées sur la toxicité des substances individuelles, alors que les organismes sont exposés tous les jours à des milliers de substances en mélange. Or les effets de ces cocktails ne sont pas négligeables. Cette thèse de doctorat s'est ainsi intéressée aux modèles permettant de prédire le risque environnemental de ces cocktails pour le milieu aquatique. Le principal objectif a été d'évaluer le risque écologique des mélanges de substances chimiques mesurées dans le Léman, mais aussi d'apporter un regard critique sur les méthodologies utilisées afin de proposer certaines adaptations pour une meilleure estimation du risque. Dans la première partie de ce travail, le risque des mélanges de pesticides et médicaments pour le Rhône et pour le Léman a été établi en utilisant des approches envisagées notamment dans la législation européenne. Il s'agit d'approches de « screening », c'est-à-dire permettant une évaluation générale du risque des mélanges. Une telle approche permet de mettre en évidence les substances les plus problématiques, c'est-à-dire contribuant le plus à la toxicité du mélange. Dans notre cas, il s'agit essentiellement de 4 pesticides. L'étude met également en évidence que toutes les substances, même en trace infime, contribuent à l'effet du mélange. Cette constatation a des implications en terme de gestion de l'environnement. En effet, ceci implique qu'il faut réduire toutes les sources de polluants, et pas seulement les plus problématiques. Mais l'approche proposée présente également un biais important au niveau conceptuel, ce qui rend son utilisation discutable, en dehors d'un screening, et nécessiterait une adaptation au niveau des facteurs de sécurité employés. Dans une deuxième partie, l'étude s'est portée sur l'utilisation des modèles de mélanges dans le calcul de risque environnemental. En effet, les modèles de mélanges ont été développés et validés espèce par espèce, et non pour une évaluation sur l'écosystème en entier. Leur utilisation devrait donc passer par un calcul par espèce, ce qui est rarement fait dû au manque de données écotoxicologiques à disposition. Le but a été donc de comparer, avec des valeurs générées aléatoirement, le calcul de risque effectué selon une méthode rigoureuse, espèce par espèce, avec celui effectué classiquement où les modèles sont appliqués sur l'ensemble de la communauté sans tenir compte des variations inter-espèces. Les résultats sont dans la majorité des cas similaires, ce qui valide l'approche utilisée traditionnellement. En revanche, ce travail a permis de déterminer certains cas où l'application classique peut conduire à une sous- ou sur-estimation du risque. Enfin, une dernière partie de cette thèse s'est intéressée à l'influence que les cocktails de micropolluants ont pu avoir sur les communautés in situ. Pour ce faire, une approche en deux temps a été adoptée. Tout d'abord la toxicité de quatorze herbicides détectés dans le Léman a été déterminée. Sur la période étudiée, de 2004 à 2009, cette toxicité due aux herbicides a diminué, passant de 4% d'espèces affectées à moins de 1%. Ensuite, la question était de savoir si cette diminution de toxicité avait un impact sur le développement de certaines espèces au sein de la communauté des algues. Pour ce faire, l'utilisation statistique a permis d'isoler d'autres facteurs pouvant avoir une influence sur la flore, comme la température de l'eau ou la présence de phosphates, et ainsi de constater quelles espèces se sont révélées avoir été influencées, positivement ou négativement, par la diminution de la toxicité dans le lac au fil du temps. Fait intéressant, une partie d'entre-elles avait déjà montré des comportements similaires dans des études en mésocosmes. En conclusion, ce travail montre qu'il existe des modèles robustes pour prédire le risque des mélanges de micropolluants sur les espèces aquatiques, et qu'ils peuvent être utilisés pour expliquer le rôle des substances dans le fonctionnement des écosystèmes. Toutefois, ces modèles ont bien sûr des limites et des hypothèses sous-jacentes qu'il est important de considérer lors de leur application. - Depuis plusieurs années, les risques que posent les micropolluants organiques pour le milieu aquatique préoccupent grandement les scientifiques ainsi que notre société. En effet, de nombreuses recherches ont mis en évidence les effets toxiques que peuvent avoir ces substances chimiques sur les espèces de nos lacs et rivières, quand elles se retrouvent exposées à des concentrations aiguës ou chroniques. Cependant, la plupart de ces études se sont focalisées sur la toxicité des substances individuelles, c'est à dire considérées séparément. Actuellement, il en est de même dans les procédures de régulation européennes, concernant la partie évaluation du risque pour l'environnement d'une substance. Or, les organismes sont exposés tous les jours à des milliers de substances en mélange, et les effets de ces "cocktails" ne sont pas négligeables. L'évaluation du risque écologique que pose ces mélanges de substances doit donc être abordé par de la manière la plus appropriée et la plus fiable possible. Dans la première partie de cette thèse, nous nous sommes intéressés aux méthodes actuellement envisagées à être intégrées dans les législations européennes pour l'évaluation du risque des mélanges pour le milieu aquatique. Ces méthodes sont basées sur le modèle d'addition des concentrations, avec l'utilisation des valeurs de concentrations des substances estimées sans effet dans le milieu (PNEC), ou à partir des valeurs des concentrations d'effet (CE50) sur certaines espèces d'un niveau trophique avec la prise en compte de facteurs de sécurité. Nous avons appliqué ces méthodes à deux cas spécifiques, le lac Léman et le Rhône situés en Suisse, et discuté les résultats de ces applications. Ces premières étapes d'évaluation ont montré que le risque des mélanges pour ces cas d'étude atteint rapidement une valeur au dessus d'un seuil critique. Cette valeur atteinte est généralement due à deux ou trois substances principales. Les procédures proposées permettent donc d'identifier les substances les plus problématiques pour lesquelles des mesures de gestion, telles que la réduction de leur entrée dans le milieu aquatique, devraient être envisagées. Cependant, nous avons également constaté que le niveau de risque associé à ces mélanges de substances n'est pas négligeable, même sans tenir compte de ces substances principales. En effet, l'accumulation des substances, même en traces infimes, atteint un seuil critique, ce qui devient plus difficile en terme de gestion du risque. En outre, nous avons souligné un manque de fiabilité dans ces procédures, qui peuvent conduire à des résultats contradictoires en terme de risque. Ceci est lié à l'incompatibilité des facteurs de sécurité utilisés dans les différentes méthodes. Dans la deuxième partie de la thèse, nous avons étudié la fiabilité de méthodes plus avancées dans la prédiction de l'effet des mélanges pour les communautés évoluant dans le système aquatique. Ces méthodes reposent sur le modèle d'addition des concentrations (CA) ou d'addition des réponses (RA) appliqués sur les courbes de distribution de la sensibilité des espèces (SSD) aux substances. En effet, les modèles de mélanges ont été développés et validés pour être appliqués espèce par espèce, et non pas sur plusieurs espèces agrégées simultanément dans les courbes SSD. Nous avons ainsi proposé une procédure plus rigoureuse, pour l'évaluation du risque d'un mélange, qui serait d'appliquer d'abord les modèles CA ou RA à chaque espèce séparément, et, dans une deuxième étape, combiner les résultats afin d'établir une courbe SSD du mélange. Malheureusement, cette méthode n'est pas applicable dans la plupart des cas, car elle nécessite trop de données généralement indisponibles. Par conséquent, nous avons comparé, avec des valeurs générées aléatoirement, le calcul de risque effectué selon cette méthode plus rigoureuse, avec celle effectuée traditionnellement, afin de caractériser la robustesse de cette approche qui consiste à appliquer les modèles de mélange sur les courbes SSD. Nos résultats ont montré que l'utilisation de CA directement sur les SSDs peut conduire à une sous-estimation de la concentration du mélange affectant 5 % ou 50% des espèces, en particulier lorsque les substances présentent un grand écart- type dans leur distribution de la sensibilité des espèces. L'application du modèle RA peut quant à lui conduire à une sur- ou sous-estimations, principalement en fonction de la pente des courbes dose- réponse de chaque espèce composant les SSDs. La sous-estimation avec RA devient potentiellement importante lorsque le rapport entre la EC50 et la EC10 de la courbe dose-réponse des espèces est plus petit que 100. Toutefois, la plupart des substances, selon des cas réels, présentent des données d' écotoxicité qui font que le risque du mélange calculé par la méthode des modèles appliqués directement sur les SSDs reste cohérent et surestimerait plutôt légèrement le risque. Ces résultats valident ainsi l'approche utilisée traditionnellement. Néanmoins, il faut garder à l'esprit cette source d'erreur lorsqu'on procède à une évaluation du risque d'un mélange avec cette méthode traditionnelle, en particulier quand les SSD présentent une distribution des données en dehors des limites déterminées dans cette étude. Enfin, dans la dernière partie de cette thèse, nous avons confronté des prédictions de l'effet de mélange avec des changements biologiques observés dans l'environnement. Dans cette étude, nous avons utilisé des données venant d'un suivi à long terme d'un grand lac européen, le lac Léman, ce qui offrait la possibilité d'évaluer dans quelle mesure la prédiction de la toxicité des mélanges d'herbicide expliquait les changements dans la composition de la communauté phytoplanctonique. Ceci à côté d'autres paramètres classiques de limnologie tels que les nutriments. Pour atteindre cet objectif, nous avons déterminé la toxicité des mélanges sur plusieurs années de 14 herbicides régulièrement détectés dans le lac, en utilisant les modèles CA et RA avec les courbes de distribution de la sensibilité des espèces. Un gradient temporel de toxicité décroissant a pu être constaté de 2004 à 2009. Une analyse de redondance et de redondance partielle, a montré que ce gradient explique une partie significative de la variation de la composition de la communauté phytoplanctonique, même après avoir enlevé l'effet de toutes les autres co-variables. De plus, certaines espèces révélées pour avoir été influencées, positivement ou négativement, par la diminution de la toxicité dans le lac au fil du temps, ont montré des comportements similaires dans des études en mésocosmes. On peut en conclure que la toxicité du mélange herbicide est l'un des paramètres clés pour expliquer les changements de phytoplancton dans le lac Léman. En conclusion, il existe diverses méthodes pour prédire le risque des mélanges de micropolluants sur les espèces aquatiques et celui-ci peut jouer un rôle dans le fonctionnement des écosystèmes. Toutefois, ces modèles ont bien sûr des limites et des hypothèses sous-jacentes qu'il est important de considérer lors de leur application, avant d'utiliser leurs résultats pour la gestion des risques environnementaux. - For several years now, the scientists as well as the society is concerned by the aquatic risk organic micropollutants may pose. Indeed, several researches have shown the toxic effects these substances may induce on organisms living in our lakes or rivers, especially when they are exposed to acute or chronic concentrations. However, most of the studies focused on the toxicity of single compounds, i.e. considered individually. The same also goes in the current European regulations concerning the risk assessment procedures for the environment of these substances. But aquatic organisms are typically exposed every day simultaneously to thousands of organic compounds. The toxic effects resulting of these "cocktails" cannot be neglected. The ecological risk assessment of mixtures of such compounds has therefore to be addressed by scientists in the most reliable and appropriate way. In the first part of this thesis, the procedures currently envisioned for the aquatic mixture risk assessment in European legislations are described. These methodologies are based on the mixture model of concentration addition and the use of the predicted no effect concentrations (PNEC) or effect concentrations (EC50) with assessment factors. These principal approaches were applied to two specific case studies, Lake Geneva and the River Rhône in Switzerland, including a discussion of the outcomes of such applications. These first level assessments showed that the mixture risks for these studied cases exceeded rapidly the critical value. This exceeding is generally due to two or three main substances. The proposed procedures allow therefore the identification of the most problematic substances for which management measures, such as a reduction of the entrance to the aquatic environment, should be envisioned. However, it was also showed that the risk levels associated with mixtures of compounds are not negligible, even without considering these main substances. Indeed, it is the sum of the substances that is problematic, which is more challenging in term of risk management. Moreover, a lack of reliability in the procedures was highlighted, which can lead to contradictory results in terms of risk. This result is linked to the inconsistency in the assessment factors applied in the different methods. In the second part of the thesis, the reliability of the more advanced procedures to predict the mixture effect to communities in the aquatic system were investigated. These established methodologies combine the model of concentration addition (CA) or response addition (RA) with species sensitivity distribution curves (SSD). Indeed, the mixture effect predictions were shown to be consistent only when the mixture models are applied on a single species, and not on several species simultaneously aggregated to SSDs. Hence, A more stringent procedure for mixture risk assessment is proposed, that would be to apply first the CA or RA models to each species separately and, in a second step, to combine the results to build an SSD for a mixture. Unfortunately, this methodology is not applicable in most cases, because it requires large data sets usually not available. Therefore, the differences between the two methodologies were studied with datasets created artificially to characterize the robustness of the traditional approach applying models on species sensitivity distribution. The results showed that the use of CA on SSD directly might lead to underestimations of the mixture concentration affecting 5% or 50% of species, especially when substances present a large standard deviation of the distribution from the sensitivity of the species. The application of RA can lead to over- or underestimates, depending mainly on the slope of the dose-response curves of the individual species. The potential underestimation with RA becomes important when the ratio between the EC50 and the EC10 for the dose-response curve of the species composing the SSD are smaller than 100. However, considering common real cases of ecotoxicity data for substances, the mixture risk calculated by the methodology applying mixture models directly on SSDs remains consistent and would rather slightly overestimate the risk. These results can be used as a theoretical validation of the currently applied methodology. Nevertheless, when assessing the risk of mixtures, one has to keep in mind this source of error with this classical methodology, especially when SSDs present a distribution of the data outside the range determined in this study Finally, in the last part of this thesis, we confronted the mixture effect predictions with biological changes observed in the environment. In this study, long-term monitoring of a European great lake, Lake Geneva, provides the opportunity to assess to what extent the predicted toxicity of herbicide mixtures explains the changes in the composition of the phytoplankton community next to other classical limnology parameters such as nutrients. To reach this goal, the gradient of the mixture toxicity of 14 herbicides regularly detected in the lake was calculated, using concentration addition and response addition models. A decreasing temporal gradient of toxicity was observed from 2004 to 2009. Redundancy analysis and partial redundancy analysis showed that this gradient explains a significant portion of the variation in phytoplankton community composition, even when having removed the effect of all other co-variables. Moreover, some species that were revealed to be influenced positively or negatively, by the decrease of toxicity in the lake over time, showed similar behaviors in mesocosms studies. It could be concluded that the herbicide mixture toxicity is one of the key parameters to explain phytoplankton changes in Lake Geneva. To conclude, different methods exist to predict the risk of mixture in the ecosystems. But their reliability varies depending on the underlying hypotheses. One should therefore carefully consider these hypotheses, as well as the limits of the approaches, before using the results for environmental risk management

INOCULATION AND ISOLATION OF PLANT GROWTH-PROMOTING BACTERIA IN MAIZE GROWN IN VITÓRIA DA CONQUISTA, BAHIA, BRAZIL

Maize is among the most important crops in the world. This plant species can be colonized by diazotrophic bacteria able to convert atmospheric N into ammonium under natural conditions. This study aimed to investigate the effect of inoculation of the diazotrophic bacterium Herbaspirillum seropedicae (ZAE94) and isolate new strains of plant growth-promoting bacteria in maize grown in Vitória da Conquista, Bahia, Brazil. The study was conducted in a greenhouse at the Experimental Area of the Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia. Inoculation was performed with peat substrate, with and without inoculation containing strain ZAE94 of H. seropedicae and four rates of N, in the form of ammonium sulfate (0, 60, 100, and 140 kg ha-1 N). After 45 days, plant height, dry matter accumulation in shoots, percentage of N, and total N (NTotal) were evaluated. The bacteria were isolated from root and shoot fragments of the absolute control; the technique of the most probable number and identification of bacteria were used. The new isolates were physiologically characterized for production of indole acetic acid (IAA) and nitrogenase activity. We obtained 30 isolates from maize plants. Inoculation with strain ZAE94 promoted an increase of 14.3 % in shoot dry mass and of 44.3 % in NTotal when associated with the rate 60 kg ha-1 N. The strains N11 and N13 performed best with regard to IAA production and J06, J08, J10, and N15 stood out in acetylene reduction activity, demonstrating potential for inoculation of maize.

Advanced Kernel Methods For Remote Sensing Image Classification

Résumé Suite aux recentes avancées technologiques, les archives d'images digitales ont connu une croissance qualitative et quantitative sans précédent. Malgré les énormes possibilités qu'elles offrent, ces avancées posent de nouvelles questions quant au traitement des masses de données saisies. Cette question est à la base de cette Thèse: les problèmes de traitement d'information digitale à très haute résolution spatiale et/ou spectrale y sont considérés en recourant à des approches d'apprentissage statistique, les méthodes à noyau. Cette Thèse étudie des problèmes de classification d'images, c'est à dire de catégorisation de pixels en un nombre réduit de classes refletant les propriétés spectrales et contextuelles des objets qu'elles représentent. L'accent est mis sur l'efficience des algorithmes, ainsi que sur leur simplicité, de manière à augmenter leur potentiel d'implementation pour les utilisateurs. De plus, le défi de cette Thèse est de rester proche des problèmes concrets des utilisateurs d'images satellite sans pour autant perdre de vue l'intéret des méthodes proposées pour le milieu du machine learning dont elles sont issues. En ce sens, ce travail joue la carte de la transdisciplinarité en maintenant un lien fort entre les deux sciences dans tous les développements proposés. Quatre modèles sont proposés: le premier répond au problème de la haute dimensionalité et de la redondance des données par un modèle optimisant les performances en classification en s'adaptant aux particularités de l'image. Ceci est rendu possible par un système de ranking des variables (les bandes) qui est optimisé en même temps que le modèle de base: ce faisant, seules les variables importantes pour résoudre le problème sont utilisées par le classifieur. Le manque d'information étiquétée et l'incertitude quant à sa pertinence pour le problème sont à la source des deux modèles suivants, basés respectivement sur l'apprentissage actif et les méthodes semi-supervisées: le premier permet d'améliorer la qualité d'un ensemble d'entraînement par interaction directe entre l'utilisateur et la machine, alors que le deuxième utilise les pixels non étiquetés pour améliorer la description des données disponibles et la robustesse du modèle. Enfin, le dernier modèle proposé considère la question plus théorique de la structure entre les outputs: l'intègration de cette source d'information, jusqu'à présent jamais considérée en télédétection, ouvre des nouveaux défis de recherche. Advanced kernel methods for remote sensing image classification Devis Tuia Institut de Géomatique et d'Analyse du Risque September 2009 Abstract The technical developments in recent years have brought the quantity and quality of digital information to an unprecedented level, as enormous archives of satellite images are available to the users. However, even if these advances open more and more possibilities in the use of digital imagery, they also rise several problems of storage and treatment. The latter is considered in this Thesis: the processing of very high spatial and spectral resolution images is treated with approaches based on data-driven algorithms relying on kernel methods. In particular, the problem of image classification, i.e. the categorization of the image's pixels into a reduced number of classes reflecting spectral and contextual properties, is studied through the different models presented. The accent is put on algorithmic efficiency and the simplicity of the approaches proposed, to avoid too complex models that would not be used by users. The major challenge of the Thesis is to remain close to concrete remote sensing problems, without losing the methodological interest from the machine learning viewpoint: in this sense, this work aims at building a bridge between the machine learning and remote sensing communities and all the models proposed have been developed keeping in mind the need for such a synergy. Four models are proposed: first, an adaptive model learning the relevant image features has been proposed to solve the problem of high dimensionality and collinearity of the image features. This model provides automatically an accurate classifier and a ranking of the relevance of the single features. The scarcity and unreliability of labeled. information were the common root of the second and third models proposed: when confronted to such problems, the user can either construct the labeled set iteratively by direct interaction with the machine or use the unlabeled data to increase robustness and quality of the description of data. Both solutions have been explored resulting into two methodological contributions, based respectively on active learning and semisupervised learning. Finally, the more theoretical issue of structured outputs has been considered in the last model, which, by integrating outputs similarity into a model, opens new challenges and opportunities for remote sensing image processing.

Data-driven clustering : new methods and applications

Abstract : This work is concerned with the development and application of novel unsupervised learning methods, having in mind two target applications: the analysis of forensic case data and the classification of remote sensing images. First, a method based on a symbolic optimization of the inter-sample distance measure is proposed to improve the flexibility of spectral clustering algorithms, and applied to the problem of forensic case data. This distance is optimized using a loss function related to the preservation of neighborhood structure between the input space and the space of principal components, and solutions are found using genetic programming. Results are compared to a variety of state-of--the-art clustering algorithms. Subsequently, a new large-scale clustering method based on a joint optimization of feature extraction and classification is proposed and applied to various databases, including two hyperspectral remote sensing images. The algorithm makes uses of a functional model (e.g., a neural network) for clustering which is trained by stochastic gradient descent. Results indicate that such a technique can easily scale to huge databases, can avoid the so-called out-of-sample problem, and can compete with or even outperform existing clustering algorithms on both artificial data and real remote sensing images. This is verified on small databases as well as very large problems. Résumé : Ce travail de recherche porte sur le développement et l'application de méthodes d'apprentissage dites non supervisées. Les applications visées par ces méthodes sont l'analyse de données forensiques et la classification d'images hyperspectrales en télédétection. Dans un premier temps, une méthodologie de classification non supervisée fondée sur l'optimisation symbolique d'une mesure de distance inter-échantillons est proposée. Cette mesure est obtenue en optimisant une fonction de coût reliée à la préservation de la structure de voisinage d'un point entre l'espace des variables initiales et l'espace des composantes principales. Cette méthode est appliquée à l'analyse de données forensiques et comparée à un éventail de méthodes déjà existantes. En second lieu, une méthode fondée sur une optimisation conjointe des tâches de sélection de variables et de classification est implémentée dans un réseau de neurones et appliquée à diverses bases de données, dont deux images hyperspectrales. Le réseau de neurones est entraîné à l'aide d'un algorithme de gradient stochastique, ce qui rend cette technique applicable à des images de très haute résolution. Les résultats de l'application de cette dernière montrent que l'utilisation d'une telle technique permet de classifier de très grandes bases de données sans difficulté et donne des résultats avantageusement comparables aux méthodes existantes.

Detection of live and antibiotic-killed bacteria by quantitative real-time PCR of specific fragments of rRNA.

Assessing bacterial viability by molecular markers might help accelerate the measurement of antibiotic-induced killing. This study investigated whether rRNA could be suitable for this purpose. Cultures of penicillin-susceptible and penicillin-tolerant (Tol1 mutant) Streptococcus gordonii were exposed to mechanistically different penicillin and levofloxacin. Bacterial survival was assessed by viable counts and compared to quantitative real-time PCR amplification of either the 16S rRNA genes or the 16S rRNA, following reverse transcription. Penicillin-susceptible S. gordonii lost > or =4 log(10) CFU/ml of viability over 48 h of penicillin treatment. In comparison, the Tol1 mutant lost < or =1 log(10) CFU/ml. Amplification of a 427-bp fragment of 16S rRNA genes yielded amplicons that increased proportionally to viable counts during bacterial growth but did not decrease during drug-induced killing. In contrast, the same 427-bp fragment amplified from 16S rRNA paralleled both bacterial growth and drug-induced killing. It also differentiated between penicillin-induced killing of the parent and the Tol1 mutant (> or =4 log(10) CFU/ml and < or =1 log(10) CFU/ml, respectively) and detected killing by mechanistically unrelated levofloxacin. Since large fragments of polynucleotides might be degraded faster than smaller fragments, the experiments were repeated by amplifying a 119-bp region internal to the original 427-bp fragment. The amount of 119-bp amplicons increased proportionally to viability during growth but remained stable during drug treatment. Thus, 16S rRNA was a marker of antibiotic-induced killing, but the size of the amplified fragment was critical for differentiation between live and dead bacteria.

Viscoelasticity in Achilles Tendonopathy: Quantitative Assessment by Using Real-time Shear-Wave Elastography.

Purpose To investigate the differences in viscoelastic properties between normal and pathologic Achilles tendons ( AT Achilles tendon s) by using real-time shear-wave elastography ( SWE shear-wave elastography ). Materials and Methods The institutional review board approved this study, and written informed consent was obtained from 25 symptomatic patients and 80 volunteers. One hundred eighty ultrasonographic (US) and SWE shear-wave elastography studies of AT Achilles tendon s without tendonopathy and 30 studies of the middle portion of the AT Achilles tendon in patients with tendonopathy were assessed prospectively. Each study included data sets acquired at B-mode US (tendon morphology and cross-sectional area) and SWE shear-wave elastography (axial and sagittal mean velocity and relative anisotropic coefficient) for two passively mobilized ankle positions. The presence of AT Achilles tendon tears at B-mode US and signal-void areas at SWE shear-wave elastography were noted. Results Significantly lower mean velocity was shown in tendons with tendonopathy than in normal tendons in the relaxed position at axial SWE shear-wave elastography (P < .001) and in the stretched position at sagittal (P < .001) and axial (P = .0026) SWE shear-wave elastography . Tendon softening was a sign of tendonopathy in relaxed AT Achilles tendon s when the mean velocity was less than or equal to 4.06 m · sec(-1) at axial SWE shear-wave elastography (sensitivity, 54.2%; 95% confidence interval [ CI confidence interval ]: 32.8, 74.4; specificity, 91.5%; 95% CI confidence interval : 86.3, 95.1) and less than or equal to 5.70 m · sec(-1) at sagittal SWE shear-wave elastography (sensitivity, 41.7%; 95% CI confidence interval : 22.1, 63.3; specificity, 81.8%; 95% CI confidence interval : 75.3, 87.2) and in stretched AT Achilles tendon s, when the mean velocity was less than or equal to 4.86 m · sec(-1) at axial SWE shear-wave elastography (sensitivity, 66.7%; 95% CI confidence interval : 44.7, 84.3; specificity, 75.6%; 95% CI confidence interval : 68.5, 81.7) and less than or equal to 14.58 m · sec(-1) at sagittal SWE shear-wave elastography (sensitivity, 58.3%; 95% CI confidence interval : 36.7, 77.9; specificity, 83.5%; 95% CI confidence interval : 77.2, 88.7). Anisotropic results were not significantly different between normal and pathologic AT Achilles tendon s. Six of six (100%) partial-thickness tears appeared as signal-void areas at SWE shear-wave elastography . Conclusion Whether the AT Achilles tendon was relaxed or stretched, SWE shear-wave elastography helped to confirm and quantify pathologic tendon softening in patients with tendonopathy in the midportion of the AT Achilles tendon and did not reveal modifications of viscoelastic anisotropy in the tendon. Tendon softening assessed by using SWE shear-wave elastography appeared to be highly specific, but sensitivity was relatively low. © RSNA, 2014.

Genetic isolation of insular populations of the Maghrebian bat, Myotis punicus, in the Mediterranean Basin

We investigate the population genetic structure of the Maghrebian bat, Myotis punicus, between the mainland and islands to assess the island colonization pattern and current gene flow between nearby islands and within the mainland. Location North Africa and the Mediterranean islands of Corsica and Sardinia. Methods We sequenced part of the control region (HVII) of 79 bats across 11 colonies. The phylogeographical pattern was assessed by analysing molecular diversity indices, examining differentiation among populations and estimating divergence time. In addition, we genotyped 182 bats across 10 colonies at seven microsatellite loci. We used analysis of molecular variance and a Bayesian approach to infer nuclear population structure. Finally, we estimated sex-specific dispersal between Corsica and Sardinia. Results Mitochondrial analyses indicated that colonies between Corsica, Sardinia and North Africa are highly differentiated. Within islands there was no difference between colonies, while at the continental level Moroccan and Tunisian populations were highly differentiated. Analyses with seven microsatellite loci showed a similar pattern. The sole difference was the lack of nuclear differentiation between populations in North Africa, suggesting a male-biased dispersal over the continental area. The divergence time of Sardinian and Corsican populations was estimated to date back to the early and mid-Pleistocene. Main conclusions Island colonization by the Maghrebian bats seems to have occurred in a stepping-stone manner and certainly pre-dated human colonization. Currently, open water seems to prevent exchange of bats between the two islands, despite their ability to fly and the narrowness of the strait of Bonifacio. Corsican and Sardinian populations are thus currently isolated from any continental gene pool and must therefore be considered as different evolutionarily significant units (ESU).

EADock: docking of small molecules into protein active sites with a multiobjective evolutionary optimization.

In recent years, protein-ligand docking has become a powerful tool for drug development. Although several approaches suitable for high throughput screening are available, there is a need for methods able to identify binding modes with high accuracy. This accuracy is essential to reliably compute the binding free energy of the ligand. Such methods are needed when the binding mode of lead compounds is not determined experimentally but is needed for structure-based lead optimization. We present here a new docking software, called EADock, that aims at this goal. It uses an hybrid evolutionary algorithm with two fitness functions, in combination with a sophisticated management of the diversity. EADock is interfaced with the CHARMM package for energy calculations and coordinate handling. A validation was carried out on 37 crystallized protein-ligand complexes featuring 11 different proteins. The search space was defined as a sphere of 15 A around the center of mass of the ligand position in the crystal structure, and on the contrary to other benchmarks, our algorithm was fed with optimized ligand positions up to 10 A root mean square deviation (RMSD) from the crystal structure, excluding the latter. This validation illustrates the efficiency of our sampling strategy, as correct binding modes, defined by a RMSD to the crystal structure lower than 2 A, were identified and ranked first for 68% of the complexes. The success rate increases to 78% when considering the five best ranked clusters, and 92% when all clusters present in the last generation are taken into account. Most failures could be explained by the presence of crystal contacts in the experimental structure. Finally, the ability of EADock to accurately predict binding modes on a real application was illustrated by the successful docking of the RGD cyclic pentapeptide on the alphaVbeta3 integrin, starting far away from the binding pocket.

Does the physical disector method provide an accurate estimation of sensory neuron number in rat dorsal root ganglia?

The physical disector is a method of choice for estimating unbiased neuron numbers; nevertheless, calibration is needed to evaluate each counting method. The validity of this method can be assessed by comparing the estimated cell number with the true number determined by a direct counting method in serial sections. We reconstructed a 1/5 of rat lumbar dorsal root ganglia taken from two experimental conditions. From each ganglion, images of 200 adjacent semi-thin sections were used to reconstruct a volumetric dataset (stack of voxels). On these stacks the number of sensory neurons was estimated and counted respectively by physical disector and direct counting methods. Also, using the coordinates of nuclei from the direct counting, we simulate, by a Matlab program, disector pairs separated by increasing distances in a ganglion model. The comparison between the results of these approaches clearly demonstrates that the physical disector method provides a valid and reliable estimate of the number of sensory neurons only when the distance between the consecutive disector pairs is 60 microm or smaller. In these conditions the size of error between the results of physical disector and direct counting does not exceed 6%. In contrast when the distance between two pairs is larger than 60 microm (70-200 microm) the size of error increases rapidly to 27%. We conclude that the physical dissector method provides a reliable estimate of the number of rat sensory neurons only when the separating distance between the consecutive dissector pairs is no larger than 60 microm.

Improved multiple-locus variable-number tandem-repeat assay for Staphylococcus aureus genotyping, providing a highly informative technique together with strong phylogenetic value.

We describe an improved multiple-locus variable-number tandem-repeat (VNTR) analysis (MLVA) scheme for genotyping Staphylococcus aureus. We compare its performance to those of multilocus sequence typing (MLST) and spa typing in a survey of 309 strains. This collection includes 87 epidemic methicillin-resistant S. aureus (MRSA) strains of the Harmony collection, 75 clinical strains representing the major MLST clonal complexes (CCs) (50 methicillin-sensitive S. aureus [MSSA] and 25 MRSA), 135 nasal carriage strains (133 MSSA and 2 MRSA), and 13 published S. aureus genome sequences. The results show excellent concordance between the techniques' results and demonstrate that the discriminatory power of MLVA is higher than those of both MLST and spa typing. Two hundred forty-two genotypes are discriminated with 14 VNTR loci (diversity index, 0.9965; 95% confidence interval, 0.9947 to 0.9984). Using a cutoff value of 45%, 21 clusters are observed, corresponding to the CCs previously defined by MLST. The variability of the different tandem repeats allows epidemiological studies, as well as follow-up of the evolution of CCs and the identification of potential ancestors. The 14 loci can conveniently be analyzed in two steps, based upon a first-line simplified assay comprising a subset of 10 loci (panel 1) and a second subset of 4 loci (panel 2) that provides higher resolution when needed. In conclusion, the MLVA scheme proposed here, in combination with available on-line genotyping databases (including http://mlva.u-psud.fr/), multiplexing, and automatic sizing, can provide a basis for almost-real-time large-scale population monitoring of S. aureus.