Compartmentalized Cerebral Metabolism of [1,6-(13)C]Glucose Determined by in vivo (13)C NMR Spectroscopy at 14.1 T.

Cerebral metabolism is compartmentalized between neurons and glia. Although glial glycolysis is thought to largely sustain the energetic requirements of neurotransmission while oxidative metabolism takes place mainly in neurons, this hypothesis is matter of debate. The compartmentalization of cerebral metabolic fluxes can be determined by (13)C nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy upon infusion of (13)C-enriched compounds, especially glucose. Rats under light α-chloralose anesthesia were infused with [1,6-(13)C]glucose and (13)C enrichment in the brain metabolites was measured by (13)C NMR spectroscopy with high sensitivity and spectral resolution at 14.1 T. This allowed determining (13)C enrichment curves of amino acid carbons with high reproducibility and to reliably estimate cerebral metabolic fluxes (mean error of 8%). We further found that TCA cycle intermediates are not required for flux determination in mathematical models of brain metabolism. Neuronal tricarboxylic acid cycle rate (V(TCA)) and neurotransmission rate (V(NT)) were 0.45 ± 0.01 and 0.11 ± 0.01 μmol/g/min, respectively. Glial V(TCA) was found to be 38 ± 3% of total cerebral oxidative metabolism, accounting for more than half of neuronal oxidative metabolism. Furthermore, glial anaplerotic pyruvate carboxylation rate (V(PC)) was 0.069 ± 0.004 μmol/g/min, i.e., 25 ± 1% of the glial TCA cycle rate. These results support a role of glial cells as active partners of neurons during synaptic transmission beyond glycolytic metabolism.

Analytical modelling of bacterial migration and accumulation with rate-limited sorption in discrete fractures

An analytical model for bacterial accumulation in a discrete fractllre has been developed. The transport and accumlllation processes incorporate into the model include advection, dispersion, rate-limited adsorption, rate-limited desorption, irreversible adsorption, attachment, detachment, growth and first order decay botl1 in sorbed and aqueous phases. An analytical solution in Laplace space is derived and nlln1erically inverted. The model is implemented in the code BIOFRAC vvhich is written in Fortran 99. The model is derived for two phases, Phase I, where adsorption-desorption are dominant, and Phase II, where attachment-detachment are dominant. Phase I ends yvhen enollgh bacteria to fully cover the substratllm have accllillulated. The model for Phase I vvas verified by comparing to the Ogata-Banks solution and the model for Phase II was verified by comparing to a nonHomogenous version of the Ogata-Banks solution. After verification, a sensitiv"ity analysis on the inpllt parameters was performed. The sensitivity analysis was condllcted by varying one inpllt parameter vvhile all others were fixed and observing the impact on the shape of the clirve describing bacterial concentration verSllS time. Increasing fracture apertllre allovvs more transport and thus more accllffilliation, "Vvhich diminishes the dllration of Phase I. The larger the bacteria size, the faster the sllbstratum will be covered. Increasing adsorption rate, was observed to increase the dllration of Phase I. Contrary to the aSSllmption ofllniform biofilm thickness, the accllffilliation starts frOll1 the inlet, and the bacterial concentration in aqlleous phase moving towards the olitiet declines, sloyving the accumulation at the outlet. Increasing the desorption rate, redllces the dliration of Phase I, speeding IIp the accllmlilation. It was also observed that Phase II is of longer duration than Phase I. Increasing the attachment rate lengthens the accliffililation period. High rates of detachment speeds up the transport. The grovvth and decay rates have no significant effect on transport, althollgh increases the concentrations in both aqueous and sorbed phases are observed. Irreversible adsorption can stop accllillulation completely if the vallIes are high.

On the equation of state and atomic mean square displacement of crystals

We have presented a Green's function method for the calculation of the atomic mean square displacement (MSD) for an anharmonic Hamil toni an . This method effectively sums a whole class of anharmonic contributions to MSD in the perturbation expansion in the high temperature limit. Using this formalism we have calculated the MSD for a nearest neighbour fcc Lennard Jones solid. The results show an improvement over the lowest order perturbation theory results, the difference with Monte Carlo calculations at temperatures close to melting is reduced from 11% to 3%. We also calculated the MSD for the Alkali metals Nat K/ Cs where a sixth neighbour interaction potential derived from the pseudopotential theory was employed in the calculations. The MSD by this method increases by 2.5% to 3.5% over the respective perturbation theory results. The MSD was calculated for Aluminum where different pseudopotential functions and a phenomenological Morse potential were used. The results show that the pseudopotentials provide better agreement with experimental data than the Morse potential. An excellent agreement with experiment over the whole temperature range is achieved with the Harrison modified point-ion pseudopotential with Hubbard-Sham screening function. We have calculated the thermodynamic properties of solid Kr by minimizing the total energy consisting of static and vibrational components, employing different schemes: The quasiharmonic theory (QH), ).2 and).4 perturbation theory, all terms up to 0 ().4) of the improved self consistent phonon theory (ISC), the ring diagrams up to o ().4) (RING), the iteration scheme (ITER) derived from the Greens's function method and a scheme consisting of ITER plus the remaining contributions of 0 ().4) which are not included in ITER which we call E(FULL). We have calculated the lattice constant, the volume expansion, the isothermal and adiabatic bulk modulus, the specific heat at constant volume and at constant pressure, and the Gruneisen parameter from two different potential functions: Lennard-Jones and Aziz. The Aziz potential gives generally a better agreement with experimental data than the LJ potential for the QH, ).2, ).4 and E(FULL) schemes. When only a partial sum of the).4 diagrams is used in the calculations (e.g. RING and ISC) the LJ results are in better agreement with experiment. The iteration scheme brings a definitive improvement over the).2 PT for both potentials.

Sex chromosome translocation and speciation : a Drosophila genetic model

Although exceptions may be readily identified, two generalizations concerning genetic differences among species may be drawn from the available allozyme and chromosome data. First, structural gene differences among species vary widely. In many cases, species pairs do not differ more than intraspecific populations. This suggests that either very few or no gene substitutions are required to produce barriers to reproduction (Avise 1976). Second, chromosome form and/or number differs among even closely related species (White 1963; 1978; Fredga 1977; Wright 1970). Many of the observed chromosomal differences involve translocational rearrangements; these produce severe fitness depression in heterozygotes and were, thus, long considered unlikely candidates for the fixation required of genetic changes leading to speciation (Wright 1977). Nonetheless, the fact that species differences are frequently translocational argues convincingly for their fixation despite prejudices to the contrary. Haldane's rule states that in the F of interspecific crosses, the heterogametic sex is absent or sterile in the preponderance of cases (Haldane 1932). This rule definitely applies in the genus Dr°sophila (Ehrman 1962). Sex chromosome translocations do not impose a fitness depression as severe as that imposed by autosomal translocations, and X-Y translocations may account for Haldane's rule (Haldane 1932). Consequently a study of the fit ness parameters of an X·yL and a yS chromosome in Drosophila melanogaster populations was initiated by Tracey (1972). Preliminary results suggested that x.yL//YSmales enjoyed a mating advantage with X·yL//X·yL females, that this advantage was frequency dependent, that the translocation produced sexual isolation and that interactions between the yL, yS and a yellow marker contributed to the observed isolation (Tracey and Espinet 1976; Espinet and Tracey 1976). Encouraged by the results of these prelimimary studies, further experiments were performed to clarify the genetic nature of the observed sexual isolation, S the reality of the y frequency dependent fitness .and the behavioural changes, if any, produced by the translocation. The results of this work are reported herein. Although the marker genes used in earlier studies, sparkling poliert an d yellow have both been found to affect activity,but only yellow effects asymmetric sexual isolation. In addition yellow effects isolation through an interaction with the T(X-y) chromosomes, yS also effects isolation, and translocational strains are isolated from those of normal karyotype in the absence of marker gene differences. When yS chromosomes are in competition with y chromosomes on an X.yL background, yS males are at a distinct advantage only when their frequency is less than 97%. The sex chromosome translocation alters the normal courtship pattern by the incorporation of circling between vibration and licking in the male repertoire. Finally a model of speciation base on the fixation of this sex chromosome translocation in a geographically isolated gene pool is proposed.

Planification et dimensionnement des réseaux optiques de longues distances

Le projet de recherche porte sur l'étude des problèmes de conception et de planification d'un réseau optique de longue distance, aussi appelé réseau de coeur (OWAN-Optical Wide Area Network en anglais). Il s'agit d'un réseau qui transporte des flots agrégés en mode commutation de circuits. Un réseau OWAN relie différents sites à l'aide de fibres optiques connectées par des commutateurs/routeurs optiques et/ou électriques. Un réseau OWAN est maillé à l'échelle d'un pays ou d’un continent et permet le transit des données à très haut débit. Dans une première partie du projet de thèse, nous nous intéressons au problème de conception de réseaux optiques agiles. Le problème d'agilité est motivé par la croissance de la demande en bande passante et par la nature dynamique du trafic. Les équipements déployés par les opérateurs de réseaux doivent disposer d'outils de configuration plus performants et plus flexibles pour gérer au mieux la complexité des connexions entre les clients et tenir compte de la nature évolutive du trafic. Souvent, le problème de conception d'un réseau consiste à prévoir la bande passante nécessaire pour écouler un trafic donné. Ici, nous cherchons en plus à choisir la meilleure configuration nodale ayant un niveau d'agilité capable de garantir une affectation optimale des ressources du réseau. Nous étudierons également deux autres types de problèmes auxquels un opérateur de réseau est confronté. Le premier problème est l'affectation de ressources du réseau. Une fois que l'architecture du réseau en termes d'équipements est choisie, la question qui reste est de savoir : comment dimensionner et optimiser cette architecture pour qu'elle rencontre le meilleur niveau possible d'agilité pour satisfaire toute la demande. La définition de la topologie de routage est un problème d'optimisation complexe. Elle consiste à définir un ensemble de chemins optiques logiques, choisir les routes physiques suivies par ces derniers, ainsi que les longueurs d'onde qu'ils utilisent, de manière à optimiser la qualité de la solution obtenue par rapport à un ensemble de métriques pour mesurer la performance du réseau. De plus, nous devons définir la meilleure stratégie de dimensionnement du réseau de façon à ce qu'elle soit adaptée à la nature dynamique du trafic. Le second problème est celui d'optimiser les coûts d'investissement en capital(CAPEX) et d'opération (OPEX) de l'architecture de transport proposée. Dans le cas du type d'architecture de dimensionnement considérée dans cette thèse, le CAPEX inclut les coûts de routage, d'installation et de mise en service de tous les équipements de type réseau installés aux extrémités des connexions et dans les noeuds intermédiaires. Les coûts d'opération OPEX correspondent à tous les frais liés à l'exploitation du réseau de transport. Étant donné la nature symétrique et le nombre exponentiel de variables dans la plupart des formulations mathématiques développées pour ces types de problèmes, nous avons particulièrement exploré des approches de résolution de type génération de colonnes et algorithme glouton qui s'adaptent bien à la résolution des grands problèmes d'optimisation. Une étude comparative de plusieurs stratégies d'allocation de ressources et d'algorithmes de résolution, sur différents jeux de données et de réseaux de transport de type OWAN démontre que le meilleur coût réseau est obtenu dans deux cas : une stratégie de dimensionnement anticipative combinée avec une méthode de résolution de type génération de colonnes dans les cas où nous autorisons/interdisons le dérangement des connexions déjà établies. Aussi, une bonne répartition de l'utilisation des ressources du réseau est observée avec les scénarios utilisant une stratégie de dimensionnement myope combinée à une approche d'allocation de ressources avec une résolution utilisant les techniques de génération de colonnes. Les résultats obtenus à l'issue de ces travaux ont également démontré que des gains considérables sont possibles pour les coûts d'investissement en capital et d'opération. En effet, une répartition intelligente et hétérogène de ressources d’un réseau sur l'ensemble des noeuds permet de réaliser une réduction substantielle des coûts du réseau par rapport à une solution d'allocation de ressources classique qui adopte une architecture homogène utilisant la même configuration nodale dans tous les noeuds. En effet, nous avons démontré qu'il est possible de réduire le nombre de commutateurs photoniques tout en satisfaisant la demande de trafic et en gardant le coût global d'allocation de ressources de réseau inchangé par rapport à l'architecture classique. Cela implique une réduction substantielle des coûts CAPEX et OPEX. Dans nos expériences de calcul, les résultats démontrent que la réduction de coûts peut atteindre jusqu'à 65% dans certaines jeux de données et de réseau.

Étude numérique des origines hémodynamiques des oscillations dans des réseaux de capillaires

En simulant l’écoulement du sang dans un réseau de capillaires (en l’absence de contrôle biologique), il est possible d’observer la présence d’oscillations de certains paramètres comme le débit volumique, la pression et l’hématocrite (volume des globules rouges par rapport au volume du sang total). Ce comportement semble être en concordance avec certaines expériences in vivo. Malgré cet accord, il faut se demander si les fluctuations observées lors des simulations de l’écoulement sont physiques, numériques ou un artefact de modèles irréalistes puisqu’il existe toujours des différences entre des modélisations et des expériences in vivo. Pour répondre à cette question de façon satisfaisante, nous étudierons et analyserons l’écoulement du sang ainsi que la nature des oscillations observées dans quelques réseaux de capillaires utilisant un modèle convectif et un modèle moyenné pour décrire les équations de conservation de masse des globules rouges. Ces modèles tiennent compte de deux effets rhéologiques importants : l’effet Fåhraeus-Lindqvist décrivant la viscosité apparente dans un vaisseau et l’effet de séparation de phase schématisant la distribution des globules rouges aux points de bifurcation. Pour décrire ce dernier effet, deux lois de séparation de phase (les lois de Pries et al. et de Fenton et al.) seront étudiées et comparées. Dans ce mémoire, nous présenterons une description du problème physiologique (rhéologie du sang). Nous montrerons les modèles mathématiques employés (moyenné et convectif) ainsi que les lois de séparation de phase (Pries et al. et Fenton et al.) accompagnés d’une analyse des schémas numériques implémentés. Pour le modèle moyenné, nous employons le schéma numérique explicite traditionnel d’Euler ainsi qu’un nouveau schéma implicite qui permet de résoudre ce problème d’une manière efficace. Ceci est fait en utilisant une méthode de Newton- Krylov avec gradient conjugué préconditionné et la méthode de GMRES pour les itérations intérieures ainsi qu’une méthode quasi-Newton (la méthode de Broyden). Cette méthode inclura le schéma implicite d’Euler et la méthode des trapèzes. Pour le schéma convectif, la méthode explicite de Kiani et al. sera implémentée ainsi qu’une nouvelle approche implicite. La stabilité des deux modèles sera également explorée. À l’aide de trois différentes topologies, nous comparerons les résultats de ces deux modèles mathématiques ainsi que les lois de séparation de phase afin de déterminer dans quelle mesure les oscillations observées peuvent être attribuables au choix des modèles mathématiques ou au choix des méthodes numériques.

Étude des interactions supramoléculaires par modélisation moléculaire

L’avancée des infrastructures informatiques a permis l’émergence de la modélisation moléculaire. À cet effet, une multitude de modèles mathématiques sont aujourd’hui disponibles pour simuler différents systèmes chimiques. À l’aide de la modélisation moléculaire, différents types d’interactions chimiques ont été observés. À partir des systèmes les plus simples permettant l’utilisation de modèles quantiques rigoureux, une série d’approximations a été considérée pour rendre envisageable la simulation de systèmes moléculaires de plus en plus complexes. En premier lieu, la théorie de la fonctionnelle de densité dépendante du temps a été utilisée pour simuler les énergies d’excitation de molécules photoactives. De manière similaire, la DFT indépendante du temps a permis la simulation du pont hydrogène intramoléculaire de structures analogues au 1,3,5-triazapentadiène et la rationalisation de la stabilité des états de transition. Par la suite, la dynamique moléculaire et la mécanique moléculaire ont permis de simuler les interactions d’un trimère d’acide cholique et d’un pyrène dans différents solvants. Cette même méthodologie a été utilisée pour simuler les interactions d’un rotaxane-parapluie à l’interface d’un système biphasique. Finalement, l’arrimage moléculaire et les fonctions de score ont été utilisés pour simuler les interactions intermoléculaires entre une protéine et des milliers de candidats moléculaires. Les résultats ont permis de mettre en place une stratégie de développement d’un nouvel inhibiteur enzymatique.

De la modélisation à la quantification par ultrasons de l'agrégation érythrocytaire

Le travail a été réalisé en collaboration avec le laboratoire de mécanique acoustique de Marseille, France. Les simulations ont été menées avec les langages Matlab et C. Ce projet s'inscrit dans le champ de recherche dénommé caractérisation tissulaire par ultrasons.

The psychophysics of decision making in a two-direction random dot motion target selection task

La tâche de kinématogramme de points aléatoires est utilisée avec le paradigme de choix forcé entre deux alternatives pour étudier les prises de décisions perceptuelles. Les modèles décisionnels supposent que les indices de mouvement pour les deux alternatives sont encodés dans le cerveau. Ainsi, la différence entre ces deux signaux est accumulée jusqu’à un seuil décisionnel. Cependant, aucune étude à ce jour n’a testé cette hypothèse avec des stimuli contenant des mouvements opposés. Ce mémoire présente les résultats de deux expériences utilisant deux nouveaux stimuli avec des indices de mouvement concurrentiels. Parmi une variété de combinaisons d’indices concurrentiels, la performance des sujets dépend de la différence nette entre les deux signaux opposés. De plus, les sujets obtiennent une performance similaire avec les deux types de stimuli. Ces résultats supportent un modèle décisionnel basé sur l’accumulation des indices de mouvement net et suggèrent que le processus décisionnel peut intégrer les signaux de mouvement à partir d’une grande gamme de directions pour obtenir un percept global de mouvement.

Investigations on the Dynamics of Combination Maps and the Analysis of Bifurcation in a Discontinuous Logistic Map

This thesis is a study of discrete nonlinear systems represented by one dimensional mappings.As one dimensional interative maps represent Poincarre sections of higher dimensional flows,they offer a convenient means to understand the dynamical evolution of many physical systems.It highlighting the basic ideas of deterministic chaos.Qualitative and quantitative measures for the detection and characterization of chaos in nonlinear systems are discussed.Some simple mathematical models exhibiting chaos are presented.The bifurcation scenario and the possible routes to chaos are explained.It present the results of the numerical computational of the Lyapunov exponents (λ) of one dimensional maps.This thesis focuses on the results obtained by our investigations on combinations maps,scaling behaviour of the Lyapunov characteristic exponents of one dimensional maps and the nature of bifurcations in a discontinous logistic map.It gives a review of the major routes to chaos in dissipative systems,namely, Period-doubling ,Intermittency and Crises.This study gives a theoretical understanding of the route to chaos in discontinous systems.A detailed analysis of the dynamics of a discontinous logistic map is carried out, both analytically and numerically ,to understand the route it follows to chaos.The present analysis deals only with the case of the discontinuity parameter applied to the right half of the interval of mapping.A detailed analysis for the n –furcations of various periodicities can be made and a more general theory for the map with discontinuities applied at different positions can be on a similar footing

High‐temperature phase transitions in pure and deuterated ammonium dihydrogen phosphate: Conductivity and dielectric measurements

Results of axiswise measurements of the electrical conductivity (dc and ac) and dielectric constant of NH4H2PO4 confirm the occurrence of the recently suggested high‐temperature phase transition in this crystal (at 133 °C). The corresponding transition in ND4D2PO4 observed here for the first time takes place at 141.5 °C. The mechanism involved in these transitions and those associated with the electrical conduction and dielectric anomalies are explained on the basis of the motional effects of the ammonium ions in these crystals. Conductivity values for deuterated crystals give direct evidence for the predominance of protonic conduction throughout the entire range of temperatures studied (30–260 °C).

A study on fuzzy semi inner product spaces

Mathematical models are often used to describe physical realities. However, the physical realities are imprecise while the mathematical concepts are required to be precise and perfect. Even mathematicians like H. Poincare worried about this. He observed that mathematical models are over idealizations, for instance, he said that only in Mathematics, equality is a transitive relation. A first attempt to save this situation was perhaps given by K. Menger in 1951 by introducing the concept of statistical metric space in which the distance between points is a probability distribution on the set of nonnegative real numbers rather than a mere nonnegative real number. Other attempts were made by M.J. Frank, U. Hbhle, B. Schweizer, A. Sklar and others. An aspect in common to all these approaches is that they model impreciseness in a probabilistic manner. They are not able to deal with situations in which impreciseness is not apparently of a probabilistic nature. This thesis is confined to introducing and developing a theory of fuzzy semi inner product spaces.

Studis on the climatological aspects of air pollution potential over trivandrum

The deteriorating air quality especially in urban environments is a cause of serious concern. In spite of being an effective sink, the atmosphere also has its own limitations in effectively dispersing the pollutants being dumped into it continuously by various sources, mainly industries. Many a time, it is not the higher emissions that cause alarming level of pollutants but the unfavourable atmospheric conditions under which the atmosphere is not able to disperse them effectively, leading to accumulation of pollutants near the ground. Hence, it is imperative to have an estimate of the atmospheric potential for dispersal of the substances emitted into it. This requires a knowledge of mixing height, ventilation coefficient, wind and stability of the region under study. Mere estimation of such pollution potential is not adequate, unless the probable distribution of concentration of pollutants is known. This can be obtained by means of mathematical models. The pollution potential coupled with the distribution of concentration provides a good basis for initiating steps to mitigate air pollution in any developing urban area. In this thesis, a fast developing industrial city, namely, Trivandrum is chosen for estimating the pollution potential and determining the spatial distribution of sulphur dioxide concentration. Each of the parameters required for pollution potential is discussed in detail separately. The thesis is divided into nine chapters.

A study on fuzzy semi inner product spaces

Mathematical models are often used to describe physical realities. However, the physical realities are imprecise while the mathematical concepts are required to be precise and perfect. The 1st chapter give a brief summary of the arithmetic of fuzzy real numbers and the fuzzy normed algebra M(I). Also we explain a few preliminary definitions and results required in the later chapters. Fuzzy real numbers are introduced by Hutton,B [HU] and Rodabaugh, S.E[ROD]. Our definition slightly differs from this with an additional minor restriction. The definition of Clementina Felbin [CL1] is entirely different. The notations of [HU]and [M;Y] are retained inspite of the slight difference in the concept.the 3rd chapter In this chapter using the completion M'(I) of M(I) we give a fuzzy extension of real Hahn-Banch theorem. Some consequences of this extension are obtained. The idea of real fuzzy linear functional on fuzzy normed linear space is introduced. Some of its properties are studied. In the complex case we get only a slightly weaker analogue for the Hahn-Banch theorem, than the one [B;N] in the crisp case

Studies on pulp propogation in single mode optical fibres

Studies on pulse propagation in single mode optical fibers have attracted interest from a wide area of science and technology as they have laid down the foundation for an in-depth understanding of the underlying physical principles, especially in the field of optical telecommunications. The foremost among them is discovery of the optical soliton which is considered to be one of the most significant events of the twentieth century owing to its fantastic ability to propagate undistorted over long distances and to remain unaflected after collision with each other. To exploit the important propertia of optical solitons, innovative mathematical models which take into account proper physical properties of the single mode optical fibers demand special attention. This thesis contains a theoretical analysis of the studies on soliton pulse propagation in single mode optical fibers.