Obtaining bifurcation diagrams with a thermoacoustic network model

Linear techniques can predict whether the non-oscillating (steady) state of a thermoacoustic system is stable or unstable. With a sufficiently large impulse, however, a thermoacoustic system can reach a stable oscillating state even when the steady state is also stable. A nonlinear analysis is required to predict the existence of this oscillating state. Continuation methods are often used for this but they are computationally expensive. In this paper, an acoustic network code called LOTAN is used to obtain the steady and the oscillating solutions for a horizontal Rijke tube. The heat release is modelled as a nonlinear function of the mass flow rate. Several test cases from the literature are analysed in order to investigate the effect of various nonlinear terms in the flame model. The results agree well with the literature, showing that LOTAN can be used to map the steady and oscillating solutions as a function of the control parameters. Furthermore, the nature of the bifurcation between steady and oscillating states can be predicted directly from the nonlinear terms inside the flame model. Copyright © 2012 by ASME.

Bifurcation of Pacific North Equatorial Current at the surface

The grid altimetry data between 1993 and 2006 near the Philippines were analyzed by the method of Empirical Orthogonal Function (EOF) to study the variation of bifurcation of the North Equatorial Current at the surface of the Pacific. The relatively short-term signals with periods of about 6 months, 4 months, 3 months and 2 months are found besides seasonal and interannual variations mentioned in previous studies. Local wind stress curl plays an important role in controlling variation of bifurcation latitude except in the interannual timescale. The bifurcation latitude is about 13.3A degrees N in annual mean state and it lies at the northernmost position (14.0A degrees N) in January, at the southernmost position (12.5A degrees N) in July. The amplitude of variation of bifurcation latitude in a year is 1.5A degrees, which can mainly be explained as the contributions of the signals with periods of about 1 year (1.2A degrees) and 0.5 year (0.3A degrees).

The Bifurcation Interpreter: A Step Towards the Automatic Analysis of Dynamical Systems

The Bifurcation Interpreter is a computer program that autonomously explores the steady-state orbits of one-parameter families of periodically- driven oscillators. To report its findings, the Interpreter generates schematic diagrams and English text descriptions similar to those appearing in the science and engineering research literature. Given a system of equations as input, the Interpreter uses symbolic algebra to automatically generate numerical procedures that simulate the system. The Interpreter incorporates knowledge about dynamical systems theory, which it uses to guide the simulations, to interpret the results, and to minimize the effects of numerical error.

Plankton populations at the bifurcation of the North Pacific Current

As the eastward-flowing North Pacific Current approaches the North American continent it bifurcates into the southward-flowing California Current and the northward-flowing Alaska Current. This bifurcation occurs in the south-eastern Gulf of Alaska and can vary in position. Dynamic height data from Project Argo floats have recently enabled the creation of surface circulation maps which show the likely position of the bifurcation; during 2002 it was relatively far north at 53 degrees N then, during early 2003, it moved southwards to a more normal position at 45 degrees N. Two ship-of-opportunity transects collecting plankton samples with a Continuous Plankton Recorder across the Gulf of Alaska were sampled seasonally during 2002 and 2003. Their position was dependent on the commercial ship's operations; however, most transects sampled across the bifurcation. We show that the oceanic plankton differed in community composition according to the current system they occurred in during spring and fall of 2002 and 2003, although winter populations were more mixed. Displacement of the plankton communities could have impacts on the plankton's reproduction and development if they use cues such as day length, and also on foraging of higher trophic-level organisms that use particular regions of the ocean if the nutritional value of the communities is different. Although we identify some indicator taxa for the Alaska and California currents, functional differences in the plankton communities on either side of the bifurcation need to be better established to determine the impacts of bifurcation movement on the ecosystems of the north-east Pacific.

Narrative Bifurcation, Cloud Computing Interfaces and Hitchcok

From a narratological perspective, this paper aims to address the theoretical issues concerning the functioning of the so called «narrative bifurcation» in data presentation and information retrieval. Its use in cyberspace calls for a reassessment as a storytelling device. Films have shown its fundamental role for the creation of suspense. Interactive fiction and games have unveiled the possibility of plots with multiple choices, giving continuity to cinema split-screen experiences. Using practical examples, this paper will show how this storytelling tool returns to its primitive form and ends up by conditioning cloud computing interface design.

Développement d’un système d’administration de l’anesthésie en boucle fermée

En salle d’opération, les tâches de l’anesthésiste sont nombreuses. Alors que l’utilisation de nouveaux outils technologiques l’informe plus fidèlement sur ce qui se passe pour son patient, ces outils font que ses tâches deviennent plus exigeantes. En vue de diminuer cette charge de travail, nous avons considérer l’administration automatique d’agents anesthésiques en se servant de contrôle en boucle fermée. À cette fin, nous avons développé un système d’administration d’un agent anesthésique (le propofol) visant à maintenir à un niveau optimal la perte de conscience du patient pendant toute la durée d’une chirurgie. Le système comprend un ordinateur, un moniteur d’anesthésie et une pompe de perfusion. L’ordinateur est doté d’un algorithme de contrôle qui, à partir d’un indice (Bispectral IndexTM ou BIS) fournit par le moniteur d’anesthésie détermine le taux d’infusion de l’agent anesthésiant. Au départ, l’anesthésiste choisit une valeur cible pour la variable de contrôle BIS et l’algorithme, basé sur système expert, calcule les doses de perfusion de propofol de sorte que la valeur mesurée de BIS se rapproche le plus possible de la valeur cible établie. Comme interface-utilisateur pour un nouveau moniteur d’anesthésie, quatre sortes d’affichage ont été considérés: purement numérique, purement graphique, un mélange entre graphique et numérique et un affichage graphique intégré (soit bidimensionnel). À partir de 20 scenarios différents où des paramètres normaux et anormaux en anesthésie étaient présentés à des anesthésistes et des résidents, l’étude des temps de réaction, de l’exactitude des réponses et de la convivialité (évaluée par le NASA-TLX) a montré qu’un affichage qui combine des éléments graphiques et numériques était le meilleur choix comme interface du système. Une étude clinique a été réalisée pour comparer le comportement du système d’administration de propofol en boucle fermée comparativement à une anesthésie contrôlée de façon manuelle et conventionnelle où le BIS était aussi utilisé. Suite à l’approbation du comité d’éthique et le consentement de personnes ayant à subir des chirurgies générales et orthopédiques, 40 patients ont été distribués également et aléatoirement soit dans le Groupe contrôle, soit dans le Groupe boucle fermée. Après l’induction manuelle de propofol (1.5 mg/kg), le contrôle en boucle fermée a été déclenché pour maintenir l’anesthésie à une cible de BIS fixée à 45. Dans l’autre groupe, le propofol a été administré à l’aide d’une pompe de perfusion et l’anesthésiste avait aussi à garder manuellement l’indice BIS le plus proche possible de 45. En fonction du BIS mesuré, la performance du contrôle exercé a été définie comme excellente pendant les moments où la valeur du BIS mesurée se situait à ±10% de la valeur cible, bonne si comprise de ±10% à ±20%, faible si comprise de ±20% à ±30% ou inadéquate lorsque >±30%. Dans le Groupe boucle fermée, le système a montré un contrôle excellent durant 55% du temps total de l’intervention, un bon contrôle durant 29% du temps et faible que pendant 9% du temps. Le temps depuis l’arrêt de la perfusion jusqu’à l’extubation est de 9 ± 3.7 min. Dans le Groupe contrôle, un contrôle excellent, bon, et faible a été enregistré durant 33%, 33% et 15% du temps respectivement et les doses ont été changées manuellement par l’anesthésiste en moyenne 9.5±4 fois par h. L’extubation a été accomplie après 11.9 ± 3.3 min de l’arrêt de la perfusion. Dans le Groupe boucle fermée, un contrôle excellent a été obtenu plus longtemps au cours des interventions (P<0.0001) et un contrôle inadéquat moins longtemps (P=0.001) que dans le Groupe contrôle. Le système en boucle fermée d’administration de propofol permet donc de maintenir plus facilement l’anesthésie au voisinage d’une cible choisie que l’administration manuelle.

Conception de miARN artificiels basée sur la caractérisation de la boucle de régulation miR-20/E2F

La biologie moléculaire et, plus spécifiquement, la régulation de l’expression génique ont été révolutionnées par la découverte des microARN (miARN). Ces petits ARN d’une vingtaine de nucléotides sont impliqués dans la majorité des processus cellulaires et leur expression est dérégulée dans plusieurs maladies, comme le cancer. Un miARN reconnaît ses cibles principalement par son noyau, ce qui lui permet de réguler simultanément la traduction de centaines d’ARN messagers. Nos travaux ont montré l’existence d’une boucle de rétro-activation négative, entre deux miARN du polycistron miR-17-92 et trois facteurs de transcription de la famille E2F. E2F1, 2 et 3 induisent la transcription de miR-20 et miR-17 qui par la suite inhibent leur traduction. Nos résultats suggèrent l’implication de cette boucle dans la résistance à l’apoptose induite par E2F1 dans les cellules du cancer de la prostate, ce qui expliquerait en partie le potentiel oncogénique du polycistron miR-17-92. L’étude de ce motif de régulation nous a donc permis de réaliser le potentiel incroyable qu’ont les miARN à inhiber la traduction de plusieurs gènes. Basé sur les règles de reconnaissance des miARN, nous avons développé et validé MultiTar. Cet outil bioinformatique permet de trouver la séquence d’un miARN artificiel ayant le potentiel d’inhiber la traduction de gènes d’intérêts choisis par l’utilisateur. Afin de valider MultiTar, nous avons généré des multitargets pouvant inhiber l’expression des trois E2F, ce qui nous a permis de comparer leur efficacité à celle de miR-20. Nos miARN artificiels ont la capacité d’inhiber la traduction des E2F et de neutraliser leur fonction redondante de la progression du cycle cellulaire de façon similaire ou supérieur à miR-20. La fonctionnalité de notre programme, ouvre la voie à une stratégie flexible pouvant cibler le caractère multigénique de différents processus cellulaires ou maladies complexes, tel que le cancer. L’utilisation de miARN artificiels pourrait donc représenter une alternative intéressante aux stratégies déjà existantes, qui sont limitées à inhiber des cibles uniques. En plus d’élucider un réseau de régulation complexe impliquant les miARN, nous avons pu tirer profit de leur potentiel d’inhibition par la conception de miARN artificiels.

Automaticité dans le coeur ischémique : analyse de bifurcation d’un modèle mathématique de cellule ventriculaire humaine

L’ischémie aigüe (restriction de la perfusion suite à l’infarctus du myocarde) induit des changements majeurs des propriétés électrophysiologique du tissu ventriculaire. Dans la zone ischémique, on observe une augmentation du potassium extracellulaire qui provoque l’élévation du potentiel membranaire et induit un "courant de lésion" circulant entre la zone affectée et saine. Le manque d’oxygène modifie le métabolisme des cellules et diminue la production d’ATP, ce qui entraîne l’ouverture de canaux potassique ATP-dépendant. La tachycardie, la fibrillation ventriculaire et la mort subite sont des conséquences possibles de l’ischémie. Cependant les mécanismes responsables de ces complications ne sont pas clairement établis. La création de foyer ectopique (automaticité), constitue une hypothèse intéressante expliquant la création de ses arythmies. Nous étudions l’effet de l’ischémie sur l’automaticité à l’aide d’un modèle mathématique de la cellule ventriculaire humaine (Ten Tusscher, 2006) et d’une analyse exhaustive des bifurcations en fonction de trois paramètres : la concentration de potassium extracellulaire, le "courant de lésion" et l’ouverture de canaux potassiques ATP-dépendant. Dans ce modèle, nous trouvons que seule la présence du courant de lésion peut entrainer une activité automatique. Les changements de potassium extracellulaire et du courant potassique ATP-dépendant altèrent toutefois la structure de bifurcation.