Reply to "Comment on 'Solutions of the telegrapher's equation in the presence of traps'"

This reply adds a number of details to remarks by Foong and Kanno [preceding Comment, Phys. Rev. A 46, 5296 (1992)] on our paper [Phys. Rev. A 45, 2222 (1992)] regarding the discontinuities observed in the curves generated in that paper.

On a class of exact solutions to the Fokker-Planck equations

In this paper we study under which circumstances there exists a general change of gross variables that transforms any FokkerPlanck equation into another of the OrnsteinUhlenbeck class that, therefore, has an exact solution. We find that any FokkerPlanck equation will be exactly solvable by means of a change of gross variables if and only if the curvature tensor and the torsion tensor associated with the diffusion is zero and the transformed drift is linear. We apply our criteria to the Kubo and Gompertz models.

Petrou type-D perfect-fluid solutions in generalized Kerr-Schild form.

Generalized KerrSchild space-times for a perfect-fluid source are investigated. New Petrov type D perfect fluid solutions are obtained starting from conformally flat perfect-fluid metrics.

Petrou types D and II perfect-fluid solutions in generalized Kerr-Schild form.

Petrov types D and II perfect-fluid solutions are obtained starting from conformally flat perfect-fluid metrics and by using a generalized KerrSchild ansatz. Most of the Petrov type D metrics obtained have the property that the velocity of the fluid does not lie in the two-space defined by the principal null directions of the Weyl tensor. The properties of the perfect-fluid sources are studied. Finally, a detailed analysis of a new class of spherically symmetric static perfect-fluid metrics is given.

Single-valued solutions for the Böhm-Bawerk horse market game

Single-valued solutions for the case of two-sided market games without product differentiation, also known as Böhm-Bawerk horse market games, are analyzed. The nucleolus is proved to coincide with the tau-value, and is thus the midpoint of the core. Moreover a characterization of this setof games in terms of the assignment matrix is provided.

Time consistent Pareto solutions in common access resource gameswith asymmetric players

In the analysis of equilibrium policies in a di erential game, if agents have different time preference rates, the cooperative (Pareto optimum) solution obtained by applying the Pontryagin's Maximum Principle becomes time inconsistent. In this work we derive a set of dynamic programming equations (in discrete and continuous time) whose solutions are time consistent equilibrium rules for N-player cooperative di erential games in which agents di er in their instantaneous utility functions and also in their discount rates of time preference. The results are applied to the study of a cake-eating problem describing the management of a common property exhaustible natural resource. The extension of the results to a simple common property renewable natural resource model in in nite horizon is also discussed.

Heterogeneous discounting in consumption-investment problems. Time consistent solutions

[cat] En aquest treball s'analitza un model estocàstic en temps continu en el que l'agent decisor descompta les utilitats instantànies i la funció final amb taxes de preferència temporal constants però diferents. En aquest context es poden modelitzar problemes en els quals, quan el temps s'acosta al moment final, la valoració de la funció final incrementa en comparació amb les utilitats instantànies. Aquest tipus d'asimetria no es pot descriure ni amb un descompte estàndard ni amb un variable. Per tal d'obtenir solucions consistents temporalment es deriva l'equació de programació dinàmica estocàstica, les solucions de la qual són equilibris Markovians. Per a aquest tipus de preferències temporals, s'estudia el model clàssic de consum i inversió (Merton, 1971) per a les funcions d'utilitat del tipus CRRA i CARA, comparant els equilibris Markovians amb les solucions inconsistents temporalment. Finalment es discuteix la introducció del temps final aleatori.

Coalitionally monotonic set-solutions for cooperative TU games

A static comparative study on set-solutions for cooperative TU games is carried out. The analysis focuses on studying the compatibility between two classical and reasonable properties introduced by Young (1985) in the context of single valued solutions, namely core-selection and coalitional monotonicity. As the main result, it is showed that coalitional monotonicity is not only incompatible with the core-selection property but also with the bargaining-selection property. This new impossibility result reinforces the tradeoff between these kinds of interesting and intuitive economic properties. Positive results about compatibility between desirable economic properties are given replacing the core selection requirement by the core-extension property.

Aggregate monotonic stable single-valued solutions for cooperative games

[cat] En aquest treball caracteritzem les solucions puntuals de jocs cooperatius d'utilitat transferible que compleixen selecció del core i monotonia agregada. També mostrem que aquestes dues propietats són compatibles amb la individualitat racional, la propietat del jugador fals i la propietat de simetria. Finalment, caracteritzem les solucions puntuals que compleixen les cinc propietats a l'hora.

Rapid fluidic exchange microsystem for recording of fast ion channel kinetics in Xenopus oocytes.

We present a new lab-on-a-chip system for electrophysiological measurements on Xenopus oocytes. Xenopus oocytes are widely used host cells in the field of pharmacological studies and drug development. We developed a novel non-invasive technique using immobilized non-devitellinized cells that replaces the traditional "two-electrode voltage-clamp" (TEVC) method. In particular, rapid fluidic exchange was implemented on-chip to allow recording of fast kinetic events of exogenous ion channels expressed in the cell membrane. Reducing fluidic exchange times of extracellular reagent solutions is a great challenge with these large millimetre-sized cells. Fluidic switching is obtained by shifting the laminar flow interface in a perfusion channel under the cell by means of integrated poly-dimethylsiloxane (PDMS) microvalves. Reagent solution exchange times down to 20 ms have been achieved. An on-chip purging system allows to perform complex pharmacological protocols, making the system suitable for screening of ion channel ligand libraries. The performance of the integrated rapid fluidic exchange system was demonstrated by investigating the self-inhibition of human epithelial sodium channels (ENaC). Our results show that the response time of this ion channel to a specific reactant is about an order of magnitude faster than could be estimated with the traditional TEVC technique.

Velocity fluctuations of fracturelike disruptions of associating polymer solutions

Velocity has been measured as a function of time for propagating crack tips as water is injected into solutions of end-capped associating polymers in a rectanguar Hele-Shaw cell. Measurements were performed for flows with different values of cell gap, channel width, polymer molecular weight, and polymer concentration. The condition for the onset of fracturelike behavior is well described by a Deborah number which uses the shear-thinning shear rate of the polymer solution as a characteristic frequency for network relaxation. At low molecular weight, the onset of fracturelike pattern evolution is accompanied by an abrupt jump in tip velocity, followed by a lower and approximately constant acceleration. At high molecular weight, the transition to fracturelike behavior involves passing through a regime that may be understood in terms of stick-slip dynamics. The crack-tip wanders from side to side and fluctuates (in both speed and velocity along the channel) with a characteristic frequency which depends linearly on the invading fluid injection rate.

Velocity-jump instabilities in Hele-Shaw flow of associating polymer solutions

We study fracturelike flow instabilities that arise when water is injected into a Hele-Shaw cell filled with aqueous solutions of associating polymers. We explore various polymer architectures, molecular weights, and solution concentrations. Simultaneous measurements of the finger tip velocity and of the pressure at the injection point allow us to describe the dynamics of the finger in terms of the finger mobility, which relates the velocity to the pressure gradient. The flow discontinuities, characterized by jumps in the finger tip velocity, which are observed in experiments with some of the polymer solutions, can be modeled by using a nonmonotonic dependence between a characteristic shear stress and the shear rate at the tip of the finger. A simple model, which is based on a viscosity function containing both a Newtonian and a non-Newtonian component, and which predicts nonmonotonic regions when the non-Newtonian component of the viscosity dominates, is shown to agree with the experimental data.

Inefficacité de la gestion de l'hyperglycémie du patient hospitalisé: origines et remèdes [The inefficacy of glycemic control in the hospitalized patient: origins and solutions]

La prévalence du diabète peut être estimée entre 20 et 30% parmi les patients en hôpital aigu. Il a été démontré que l'hyperglycémie, même modérée, est associée à une augmentation de la morbi-mortalité hospitalière, tandis que le contrôle glycémique efficace a un impact favorable sur celle-ci. La prise en charge de l'hyperglycémie demeure pourtant largement inefficace hors des soins intensifs, en raison de la persistance d'une pratique inadaptée. Nous développons actuellement un projet de soins destiné à faire changer les pratiques. Pour un contrôle glycémique efficace, une formation des soignants à une gestion basée sur le concept de couverture des besoins en insuline du patient est nécessaire. La démarche doit être intégrée à une approche de type systémique, prenant en compte le contexte dans lequel les soignants évoluent. The hospital inpatient prevalence of diabetes mellitus can be estimated between 20 and 30%. Even moderate hyperglycemia is associated with increased morbidity and mortality in the acute care setting, whereas efficient glycemic control has been shown to improve both of them significantly. Glycemic control however remains largely inefficient outside of the intensive care unit due to the persistance of an inadequate glycemic management practice. We are currently developing a clinical care project aimed at changing this practice. For an efficient glycemic control, a training programme for health care professionals based on the concept of covering the insulin needs of the patient is mandatory. This programme needs to be integrated in a systemic approach, which takes the professionals' context in account.

Régulation du canal à sodium épithélial par le sodim extracellulaire et développement d'un microsystème intégré pour l'étude électrophysiologique sur ovocytes de "Xenopus laevis"

Résumé : La première partie de ce travail de thèse est consacrée au canal à sodium épithélial (ENaC), l'élément clé du transport transépithélial de Na+ dans le néphron distal, le colon et les voies aériennes. Ce canal est impliqué dans certaines formes génétiques d'hypo- et d'hypertension (PHA I, syndrome de Liddle), mais aussi, indirectement, dans la mucoviscidose. La réabsorption transépithéliale de Na+ est principalement régulée par des hormones (aldostérone, vasopressine), mais aussi directement par le Na+, via deux phénomènes distincts, la « feedback inhibition » et la « self-inhibition » (SI). Ce second phénomène est dépendant de la concentration de Na+ extracellulaire, et montre une cinétique rapide (constante de temps d'environ 3 s). Son rôle physiologique serait d'assurer l'homogénéité de la réabsorption de Na+ et d'empêcher que celle-ci soit excessive lorsque les concentrations de Na+ sont élevées. Différents éléments appuient l'hypothèse de la présence d'un site de détection de la concentration du Na+ extracellulaire sur ENaC, gouvernant la SI. L'objectif de ce premier projet est de démontrer l'existence du site de détection impliqué dans la SI et de déterminer ses propriétés physiologiques et sa localisation. Nous avons montré que les caractéristiques de la SI (en termes de sélectivité et affinité ionique) sont différentes des propriétés de conduction du canal. Ainsi, nos résultats confirment l'hypothèse de l'existence d'un site de détection du Na+ (responsable de la transmission de l'information au mécanisme de contrôle de l'ouverture du canal), différent du site de conduction. Par ailleurs, ce site présente une affinité basse et indépendante du voltage pour le Na+ et le Li+ extracellulaires. Le site semble donc être localisé dans le domaine extracellulaire, plutôt que transmembranaire, de la protéine. L'étape suivante consiste alors à localiser précisément le site sur le canal. Des études précédentes, ainsi que des résultats préliminaires récemment obtenus, mettent en avant le rôle dans la self-inhibition du premiers tiers des boucles extracellulaires des sous-unités α et γ du canal. Le second projet tire son origine des limitations de la méthode classique pour l'étude des canaux ioniques, après expression dans les ovocytes de Xenopus laevis, par la méthode du voltage-clamp à deux électrodes, en particulier les limitations dues à la lenteur des échanges de solutions. En outre, cette méthode souffre de nombreux désavantages (manipulations délicates et peu rapides, grands volumes de solution requis). Plusieurs systèmes améliorés ont été élaborés, mais aucun ne corrige tous les désavantages de la méthode classique Ainsi, l'objectif ici est le développement d'un système, pour l'étude électrophysiologique sur ovocytes, présentant les caractéristiques suivantes : manipulation des cellules facilitée et réduite, volumes de solution de perfusion faibles et vitesse rapide d'échange de la perfusion. Un microsystème intégré sur une puce a été élaboré. Ces capacités de mesure ont été testées en utilisant des ovocytes exprimant ENaC. Des résultats similaires (courbes IV, courbes dose-réponse au benzamil) à ceux obtenus avec le système traditionnel ont été enregistrés avec le microsystème. Le temps d'échange de solution a été estimé à ~20 ms et des temps effectifs de changement ont été déterminés comme étant 8 fois plus court avec le nouveau système comparé au classique. Finalement, la SI a été étudiée et il apparaît que sa cinétique est 3 fois plus rapide que ce qui a été estimé précédemment avec le système traditionnel et son amplitude de 10 à 20 % plus importante. Le nouveau microsystème intégré apparaît donc comme adapté à la mesure électrophysiologique sur ovocytes de Xenopus, et possèdent des caractéristiques appropriées à l'étude de phénomènes à cinétique rapide, mais aussi à des applications de type « high throughput screening ». Summary : The first part of the thesis is related to the Epithelial Sodium Channel (ENaC), which is a key component of the transepithelial Na+ transport in the distal nephron, colon and airways. This channel is involved in hypo- and hypertensive syndrome (PHA I, Liddle syndrome), but also indirectly in cystic fibrosis. The transepithelial reabsorption of Na+ is mainly regulated by hormones (aldosterone, vasopressin), but also directly by Na+ itself, via two distinct phenomena, feedback inhibition and self-inhibition. This latter phenomenon is dependant on the extracellular Na+ concentration and has rapid kinetics (time constant of about 3 s). Its physiological role would be to prevent excessive Na+ reabsorption and ensure this reabsorption is homogenous. Several pieces of evidence enable to propose the hypothesis of an extracellular Na+ sensing site on ENaC, governing self-inhibition. The aim of this first project is to demonstrate the existence of the sensing site involved in self-inhibition and to determine its physiological properties and localization. We show self-inhibition characteristics (ionic selectivity and affinity) are different from the conducting properties of the channel. Our results support thus the hypothesis that the Na+ sensing site (responsible of the transmission of the information about the extracellular Na+ concentration to the channel gating mechanism), is different from the channel conduction site. Furthermore, the site has a low and voltage-insensitive affinity for extracellular Na+ or Li+. This site appears to be located in the extracellular domain rather than in the transmembrane part of the channel protein. The next step is then to precisely localize the site on the channel. Some previous studies and preliminary results we recently obtained highlight the role of the first third of the extracellular loop of the α and γ subunits of the channel in self-inhibition. The second project originates in the limitation of the classical two-electrode voltageclamp system classically used to study ion channels expressed in Xenopus /aevis oocytes, in particular limitations related to the slow solution exchange time. In addition, this technique undergoes several drawbacks (delicate manipulations, time consumption volumes). Several improved systems have been built up, but none corrected all these detriments. The aim of this second study is thus to develop a system for electrophysiological study on oocytes featuring an easy and reduced cell handling, small necessary perfusion volumes and fast fluidic exchange. This last feature establishes the link with the first project, as it should enable to improve the kinetics analysis of self-inhibition. A PDMS chip-based microsystem has been elaborated. Its electrophysiological measurement abilities have been tested using oocytes expressing ENaC. Similar measurements (IV curves of benzamil-sensitive currents, benzamil dose-response curves) have been obtained with this system, compared to the traditional one. The solution exchange time has been estimated at N20 ms and effective exchange times (on inward currents) have been determined as 8 times faster with the novel system compared to the classical one. Finally, self-inhibition has been studied and it appears its kinetics is 3 times faster and its amplitude 10 to 20 % higher than what has been previously estimated with the traditional system. The novel integrated microsystem appears therefore to be convenient for electrophysiological measurement on Xenopus oocytes, and displays features suitable for the study of fast kinetics phenomenon, but also high throughput screening applications. Résumé destiné large public : Le corps humain est composé d'organes, eux-mêmes constitués d'un très grand nombre de cellules. Chaque cellule possède une paroi appelée membrane cellulaire qui sépare l'intérieur de cette cellule (milieu intracellulaire) du liquide (milieu extracellulaire) dans lequel elle baigne. Le maintien de la composition stable de ce milieu extracellulaire est essentiel pour la survie des cellules et donc de l'organisme. Le sodium est un des composants majeurs du milieu extracellulaire, sa quantité dans celui-ci doit être particulièrement contrôlée. Le sodium joue en effet un rôle important : il conditionne le volume de ce liquide extracellulaire, donc, par la même, du sang. Ainsi, une grande quantité de sodium présente dans ce milieu va de paire avec une augmentation du volume sanguin, ce qui conduit l'organisme à souffrir d'hypertension. On se rend donc compte qu'il est très important de contrôler la quantité de sodium présente dans les différents liquides de l'organisme. Les apports de sodium dans l'organisme se font par l'alimentation, mais la quantité de sodium présente dans le liquide extracellulaire est contrôlée de manière très précise par le rein. Au niveau de cet organe, on appelle urine primaire le liquide résultant de la filtration du sang. Elle contient de nombreuses substances, des petites molécules, dont l'organisme a besoin (sodium, glucose...), qui sont ensuite récupérées dans l'organe. A la sortie du rein, l'urine finale ne contient plus que l'excédent de ces substances, ainsi que des déchets à éliminer. La récupération du sodium est plus ou moins importante, en fonction des ajustements à apporter à la quantité présente dans le liquide extracellulaire. Elle a lieu grâce à la présence de protéines, dans les membranes des cellules du rein, capables de le transporter et de le faire transiter de l'urine primaire vers le liquide extracellulaire, qui assurera ensuite sa distribution dans l'ensemble de l'organisme. Parmi ces protéines « transporteurs de sodium », nous nous intéressons à une protéine en particulier, appelée ENaC. Il a été montré qu'elle jouait un rôle important dans cette récupération de sodium, elle est en effet impliquée dans des maladies génétiques conduisant à l'hypo- ou à l'hypertension. De précédents travaux ont montré que lorsque le sodium est présent en faible quantité dans l'urine primaire, cette protéine permet d'en récupérer une très grande partie. A l'inverse, lorsque cette quantité de sodium dans l'urine primaire est importante, sa récupération par le biais d'ENaC est réduite. On parle alors d'autorégulation : la protéine elle-même est capable d'adapter son activité de transport en fonction des conditions. Ce phénomène d'autorégulation constitue a priori un mécanisme préventif visant à éviter une trop grande récupération de sodium, limitant ainsi les risques d'hypertension. La première partie de ce travail de thèse a ainsi consisté à clarifier le mécanisme d'autorégulation de la protéine ENaC. Ce phénomène se caractérise en particulier par sa grande vitesse, ce qui le rend difficile à étudier par les méthodes traditionnelles. Nous avons donc, dans une deuxième partie, développé un nouveau système permettant de mieux décrire et analyser cette « autorégulation » d'ENaC. Ce second projet a été mené en collaboration avec l'équipe de Martin Gijs de l'EPFL.