An objective classification of climatic regions in the Pacific and Indian oceans

We have applied a number of objective statistical techniques to define homogeneous climatic regions for the Pacific Ocean, using COADS (Woodruff et al 1987) monthly sea surface temperature (SST) for 1950-1989 as the key variable. The basic data comprised all global 4°x4° latitude/longitude boxes with enough data available to yield reliable long-term means of monthly mean SST. An R-mode principal components analysis of these data, following a technique first used by Stidd (1967), yields information about harmonics of the annual cycles of SST. We used the spatial coefficients (one for each 4-degree box and eigenvector) as input to a K-means cluster analysis to classify the gridbox SST data into 34 global regions, in which 20 comprise the Pacific and Indian oceans. Seasonal time series were then produced for each of these regions. For comparison purposes, the variance spectrum of each regional anomaly time series was calculated. Most of the significant spectral peaks occur near the biennial (2.1-2.2 years) and ENSO (~3-6 years) time scales in the tropical regions. Decadal scale fluctuations are important in the mid-latitude ocean regions.

Au nanorods-semiconductor nanowire hybrid nanostructures : nanofabrication techniques and optoelectronic properties

The objective of this thesis is the exploration and characterization of novel Au nanorod-semiconductor nanowire hybrid nanostructures. I provide a comprehensive bottom-up approach in which, starting from the synthesis and theoretical investigation of the optical properties of Au nanorods, I design, nanofabricate and characterize Au nanorods-semiconductor nanowire hybrid nanodevices with novel optoelectronic capabilities compared to the non-hybrid counterpart. In this regards, I first discuss the seed-mediated protocols to synthesize Au nanorods with different sizes and the influence of nanorod geometries and non-homogeneous surrounding medium on the optical properties investigated by theoretical simulation. Novel methodologies for assembling Au nanorods on (i) a Si/SiO2 substrate with highly-ordered architecture and (ii) on semiconductor nanowires with spatial precision are developed and optimized. By exploiting these approaches, I demonstrate that Raman active modes of an individual ZnO nanowire can be detected in non-resonant conditions by exploring the longitudinal plasmonic resonance mediation of chemical-synthesized Au nanorods deposited on the nanowire surface otherwise not observable on bare ZnO nanowire. Finally, nanofabrication and detailed electrical characterization of ZnO nanowire field-effect transistor (FET) and optoelectronic properties of Au nanorods - ZnO nanowire FET tunable near-infrared photodetector are investigated. In particular we demonstrated orders of magnitude enhancement in the photocurrent intensity in the explored range of wavelengths and 40 times faster time response compared to the bare ZnO FET detector. The improved performance, attributed to the plasmonicmediated hot-electron generation and injection mechanism underlying the photoresponse is investigated both experimentally and theoretically. The miniaturized, tunable and integrated capabilities offered by metal nanorodssemicondictor nanowire device architectures presented in this thesis work could have an important impact in many application fields such as opto-electronic sensors, photodetectors and photovoltaic devices and open new avenues for designing of novel nanoscale optoelectronic devices.

Benefits and Effects of Interactive Gaming Exercise as Compared to Traditional Exercise Techniques: An Investigation of the Relationship Between Physical Activity Levels and Mode of Activity in College Students

Gemstone Team F.I.T.N.E.S.S. (Fun Interactive Techniques for New Exercise and Sport Styles)

Evidence of various mechanisms of Cd sequestration in the hyperaccumulator Arabidopsis halleri, the non accumulator Arabidopsis lyrata and their progenies by combined synchrotron-based techniques

Arabidopsis halleri is a model plant for Zn and Cd hyperaccumulation. The objective of this study was to determine the relationship between the chemical forms of Cd, its distribution in leaves, and Cd accumulation and tolerance. An interspecific cross was carried out between A. halleri and the non-tolerant and non-hyperaccumulating relative A. lyrata providing progenies segregating for Cd tolerance and accumulation. Cd speciation and distribution were investigated using X-ray absorption spectroscopy and microfocused X-ray fluorescence. In A. lyrata and non-tolerant progenies, Cd was coordinated by S atoms only or with a small contribution of O groups. Interestingly, the proportion of O ligands increased in A. halleri and tolerant progenies, and they were predominant in most of them, while S ligands were still present. Therefore, the binding of Cd with O ligands was associated with Cd tolerance. In A. halleri, Cd was mainly located in the xylem, phloem, and mesophyll tissue, suggesting a reallocation process for Cd within the plant. The distribution of the metal at the cell level was further discussed. In A. lyrata, the vascular bundles were also Cd enriched, but the epidermis was richer in Cd as compared with the mesophyll. Cd was identified in trichomes of both species. This work demonstrated that both Cd speciation and localization were related to the tolerance character of the plant.

A method for semi-automated objective quantification of linear bedforms from multi-scale Digital Elevation Models

The increasing availability of large, detailed digital representations of the Earth’s surface demands the application of objective and quantitative analyses. Given recent advances in the understanding of the mechanisms of formation of linear bedform features from a range of environments, objective measurement of their wavelength, orientation, crest and trough positions, height and asymmetry is highly desirable. These parameters are also of use when determining observation-based parameters for use in many applications such as numerical modelling, surface classification and sediment transport pathway analysis. Here, we (i) adapt and extend extant techniques to provide a suite of semi-automatic tools which calculate crest orientation, wavelength, height, asymmetry direction and asymmetry ratios of bedforms, and then (ii) undertake sensitivity tests on synthetic data, increasingly complex seabeds and a very large-scale (39 000km2) aeolian dune system. The automated results are compared with traditional, manually derived,measurements at each stage. This new approach successfully analyses different types of topographic data (from aeolian and marine environments) from a range of sources, with tens of millions of data points being processed in a semi-automated and objective manner within minutes rather than hours or days. The results from these analyses show there is significant variability in all measurable parameters in what might otherwise be considered uniform bedform fields. For example, the dunes of the Rub’ al Khali on the Arabian peninsula are shown to exhibit deviations in dimensions from global trends. Morphological and dune asymmetry analysis of the Rub’ al Khali suggests parts of the sand sea may be adjusting to a changed wind regime from that during their formation 100 to 10 ka BP.

Tracing nitrate and sulfate in river basins using isotope techniques

The objective of this paper is to outline how stable isotope techniques can contribute to the elucidation of the sources and the fate of riverine nitrate and sulphate in watershed studies. The example used is the Oldman River Basin (OMRB), located in southern Alberta (Canada). Increasing sulphate concentrations and decreasing d34S values along the flowpath of the Oldman River indicate that oxidation of pyrite in tills is a major source of riverine sulphate in the agriculturally used portion of the OMRB. Chemical and isotopic data showed that manure-derived nitrogen contributes significantly to the increase in nitrate concentrations in the Oldman River and its tributaries draining agricultural land. It is suggested that hydrological conditions control agricultural return flows to the surface water bodies in southern Alberta and impart significant seasonal variations on concentrations and isotopic compositions of riverine nitrate. Combining isotopic, chemical, and hydrometric data permitted us to estimate the relative contribution of major sources to the total solute fluxes. Hence, we submit that isotopic measurements can make an important contribution to the identification of nutrient and pollutant sources and to river basin management.

PicSOr - An objective test of perceptual skill that predicts laparoscopic technical skill in three initial studies of laparoscopic performance

Background: Laparoscopic surgery requires surgeons to infer the shape of 3-D structures, such as the internal organs of patients, from 2-D displays on a video monitor. Recent evidence indicates that the issue is not resolved by the use of contemporary 3-D camera systems. It is therefore crucial to find ways of measuring differences in aptitude for recovering 3-D structure from 2-D images, and assessing its impact on performance. Our aim was to test empirically for a relationship between laparoscopic ability and the perceptual skill of recovering information about 3-D structures from 2-D monitor displays.

A review of behaviour change theories and techniques used in group based self-management programmes for chronic low back pain and arthritis

Background: Medical Research Council (MRC) guidelines recommend applying theory within complex interventions to explain how behaviour change occurs. Guidelines endorse self-management of chronic low back pain (CLBP) and osteoarthritis (OA), but evidence for its effectiveness is weak. Objective: This literature review aimed to determine the use of behaviour change theory and techniques within randomised controlled trials of group-based self-management programmes for chronic musculoskeletal pain, specifically CLBP and OA. Methods: A two-phase search strategy of electronic databases was used to identify systematic reviews and studies relevant to this area. Articles were coded for their use of behaviour change theory, and the number of behaviour change techniques (BCTs) was identified using a 93-item taxonomy, Taxonomy (v1). Results: 25 articles of 22 studies met the inclusion criteria, of which only three reported having based their intervention on theory, and all used Social Cognitive Theory. A total of 33 BCTs were coded across all articles with the most commonly identified techniques being '. instruction on how to perform the behaviour', '. demonstration of the behaviour', '. behavioural practice', '. credible source', '. graded tasks' and '. body changes'. Conclusion: Results demonstrate that theoretically driven research within group based self-management programmes for chronic musculoskeletal pain is lacking, or is poorly reported. Future research that follows recommended guidelines regarding the use of theory in study design and reporting is warranted.

Soft-computing techniques applied to artificial tissue temperature estimation

Tese dout., Engenharia electrónica e computação - Processamento de sinal, Universidade do Algarve, 2008

A multi-objective approach for the motion planning of redundant manipulators

Kinematic redundancy occurs when a manipulator possesses more degrees of freedom than those required to execute a given task. Several kinematic techniques for redundant manipulators control the gripper through the pseudo-inverse of the Jacobian, but lead to a kind of chaotic inner motion with unpredictable arm configurations. Such algorithms are not easy to adapt to optimization schemes and, moreover, often there are multiple optimization objectives that can conflict between them. Unlike single optimization, where one attempts to find the best solution, in multi-objective optimization there is no single solution that is optimum with respect to all indices. Therefore, trajectory planning of redundant robots remains an important area of research and more efficient optimization algorithms are needed. This paper presents a new technique to solve the inverse kinematics of redundant manipulators, using a multi-objective genetic algorithm. This scheme combines the closed-loop pseudo-inverse method with a multi-objective genetic algorithm to control the joint positions. Simulations for manipulators with three or four rotational joints, considering the optimization of two objectives in a workspace without and with obstacles are developed. The results reveal that it is possible to choose several solutions from the Pareto optimal front according to the importance of each individual objective.

Detection and quantification of staphylococcus aureus enterotoxin B in food product using isotopic dilution techniques and mass spectrometry

L’entérotoxine B staphylococcique (SEB) est une toxine entérique hautement résistante à la chaleur et est responsable de plus de 50 % des cas d’intoxication d’origine alimentaire par une entérotoxine. L’objectif principal de ce projet de maîtrise est de développer et valider une méthode basée sur des nouvelles stratégies analytiques permettant la détection et la quantification de SEB dans les matrices alimentaires. Une carte de peptides tryptiques a été produite et 3 peptides tryptiques spécifiques ont été sélectionnés pour servir de peptides témoins à partir des 9 fragments protéolytiques identifiés (couverture de 35 % de la séquence). L’anhydride acétique et la forme deutérée furent utilisés afin de synthétiser des peptides standards marqués avec un isotope léger et lourd. La combinaison de mélanges des deux isotopes à des concentrations molaires différentes fut utilisée afin d’établir la linéarité et les résultats ont démontré que les mesures faites par dilution isotopique combinée au CL-SM/SM respectaient les critères généralement reconnus d’épreuves biologiques avec des valeurs de pente près de 1, des valeurs de R2 supérieure à 0,98 et des coefficients de variation (CV%) inférieurs à 8 %. La précision et l’exactitude de la méthode ont été évaluées à l’aide d’échantillons d’homogénat de viande de poulet dans lesquels SEB a été introduite. SEB a été enrichie à 0,2, 1 et 2 pmol/g. Les résultats analytiques révèlent que la méthode procure une plage d’exactitude de 84,9 à 91,1 %. Dans l’ensemble, les résultats présentés dans ce mémoire démontrent que les méthodes protéomiques peuvent être utilisées efficacement pour détecter et quantifier SEB dans les matrices alimentaires. Mots clés : spectrométrie de masse; marquage isotopique; protéomique quantitative; entérotoxines

Validation in-vivo des techniques d’élastographie ultrasonore, invasive et non-invasive, à l’aide d’un modèle porcin

Il est maintenant admis que la composition de la plaque athérosclérotique est un déterminant majeur de sa vulnérabilité à se rompre. Vu que la composition de la plaque affecte ses propriétés mécaniques, l'évaluation locale des propriétés mécaniques de la plaque d'athérome peut nous informer sur sa vulnérabilité. L'objectif est de comparer les techniques d’élastographie ultrasonores endovasculaire (EVE) et non-invasive (NIVE) en fonction de leur potentiel à identifier les composantes calcifiées et lipidiques de la plaque. Les acquisitions intravasculaire et extravasculaire ont été effectuées sur les artères carotidiennes de neuf porcs hypercholestérolémiques à l’aide d’un cathéter de 20 MHz et d'une sonde linéaire de 7.5 MHz, respectivement. Les valeurs de déformation radiale et axiale, rapportés par EVE et NIVE, ont été corrélées avec le pourcentage des zones histologiques calcifiées et lipidiques pour cinq plaques. Nos résultats démontrent une bonne corrélation positive entre les déformations et les composantes calcifiées (r2 = 0.82, P = 0.034 valeur par EVE et r2 = 0.80, P = 0.041 valeur par NIVE). Une forte corrélation entre les déformations axiales et les contenus lipidiques par NIVE (r2 = 0.92, P-value = 0.010) a été obtenue. En conclusion, NIVE et EVE sont des techniques potentielles pour identifier les composants de la plaque et aider les médecins à diagnostiquer précocement les plaques vulnérables.

Utilisation et développement de techniques pharmacocinétiques avancées afin d’améliorer le développement de molécules pharmaceutiques

Malgré le progrès technologique et nos connaissances pharmaceutiques et médicales croissantes, le développement du médicament demeure un processus difficile, dispendieux, long et très risqué. Ce processus mérite d'être amélioré pour faciliter le développement de nouveaux traitements. À cette fin, cette thèse vise à démontrer l’utilité de principes avancés et d’outils élaborés en pharmacocinétique (PK), actuels et nouveaux. Ces outils serviront à répondre efficacement à des questions importantes lors du développement d’un médicament, sauvant ainsi du temps et des coûts. Le premier volet de la thèse porte sur l’utilisation de la modélisation et des simulations et la création d’un nouveau modèle afin d’établir la bioéquivalence entre deux formulations de complexe de gluconate ferrique de sodium en solution de sucrose pour injection. Comparé aux méthodes courantes, cette nouvelle approche proposée se libère de plusieurs présuppositions, et requiert moins de données. Cette technique bénéficie d’une robustesse scientifique tout en étant associée à des économies de temps et de coûts. Donc, même si développé pour produits génériques, elle pourra également s’avérer utile dans le développement de molécules innovatrices et « biosimilaires ». Le deuxième volet décrit l’emploi de la modélisation pour mieux comprendre et quantifier les facteurs influençant la PK et la pharmacodynamie (PD) d’une nouvelle protéine thérapeutique, la pegloticase. L’analyse a démontré qu’aucun ajustement posologique n’était nécessaire et ces résultats sont inclus dans la monographie officielle du produit. Grâce à la modélisation, on pouvait répondre à des questions importantes concernant le dosage d’un médicament sans passer par des nouvelles études ni d'évaluations supplémentaires sur les patients. Donc, l’utilisation de cet outil a permis de réduire les dépenses sans prolonger le processus de développement. Le modèle développé dans le cadre de cette analyse pourrait servir à mieux comprendre d’autres protéines thérapeutiques, incluant leurs propriétés immunogènes. Le dernier volet démontre l’utilité de la modélisation et des simulations dans le choix des régimes posologiques d’un antibiotique (TP-434) pour une étude de Phase 2. Des données provenant d’études de Phase 1 ont été modélisées au fur et à mesure qu’elles devenaient disponibles, afin de construire un modèle décrivant le profil pharmacocinétique du TP-434. Ce processus de modélisation exemplifiait les cycles exploratoires et confirmatoires décrits par Sheiner. Ainsi, en se basant sur des relations PK/PD d’un antibiotique de classe identique, des simulations ont été effectuées avec le modèle PK final, afin de proposer de nouveaux régimes posologiques susceptibles d’être efficace chez les patients avant même d'effectuer des études. Cette démarche rationnelle a mené à l’utilisation de régimes posologiques avec une possibilité accrue d’efficacité, sans le dosage inutile des patients. Ainsi, on s’est dispensé d’études ou de cohortes supplémentaires coûteuses qui auraient prolongé le processus de développement. Enfin, cette analyse est la première à démontrer l’application de ces techniques dans le choix des doses d’antibiotique pour une étude de Phase 2. En conclusion, cette recherche démontre que des outils de PK avancés comme la modélisation et les simulations ainsi que le développement de nouveaux modèles peuvent répondre efficacement et souvent de manière plus robuste à des questions essentielles lors du processus de développement du médicament, tout en réduisant les coûts et en épargnant du temps.

A Mono- and Multi-objective Approach for Recommending Software Refactoring

Les systèmes logiciels sont devenus de plus en plus répondus et importants dans notre société. Ainsi, il y a un besoin constant de logiciels de haute qualité. Pour améliorer la qualité de logiciels, l’une des techniques les plus utilisées est le refactoring qui sert à améliorer la structure d'un programme tout en préservant son comportement externe. Le refactoring promet, s'il est appliqué convenablement, à améliorer la compréhensibilité, la maintenabilité et l'extensibilité du logiciel tout en améliorant la productivité des programmeurs. En général, le refactoring pourra s’appliquer au niveau de spécification, conception ou code. Cette thèse porte sur l'automatisation de processus de recommandation de refactoring, au niveau code, s’appliquant en deux étapes principales: 1) la détection des fragments de code qui devraient être améliorés (e.g., les défauts de conception), et 2) l'identification des solutions de refactoring à appliquer. Pour la première étape, nous traduisons des régularités qui peuvent être trouvés dans des exemples de défauts de conception. Nous utilisons un algorithme génétique pour générer automatiquement des règles de détection à partir des exemples de défauts. Pour la deuxième étape, nous introduisons une approche se basant sur une recherche heuristique. Le processus consiste à trouver la séquence optimale d'opérations de refactoring permettant d'améliorer la qualité du logiciel en minimisant le nombre de défauts tout en priorisant les instances les plus critiques. De plus, nous explorons d'autres objectifs à optimiser: le nombre de changements requis pour appliquer la solution de refactoring, la préservation de la sémantique, et la consistance avec l’historique de changements. Ainsi, réduire le nombre de changements permets de garder autant que possible avec la conception initiale. La préservation de la sémantique assure que le programme restructuré est sémantiquement cohérent. De plus, nous utilisons l'historique de changement pour suggérer de nouveaux refactorings dans des contextes similaires. En outre, nous introduisons une approche multi-objective pour améliorer les attributs de qualité du logiciel (la flexibilité, la maintenabilité, etc.), fixer les « mauvaises » pratiques de conception (défauts de conception), tout en introduisant les « bonnes » pratiques de conception (patrons de conception).

Mesures subjectives et épidémiologie : problèmes méthodologiques liés à l'utilisation des techniques psychométriques

L’utilisation des mesures subjectives en épidémiologie s’est intensifiée récemment, notamment avec la volonté de plus en plus affirmée d’intégrer la perception qu’ont les sujets de leur santé dans l’étude des maladies et l’évaluation des interventions. La psychométrie regroupe les méthodes statistiques utilisées pour la construction des questionnaires et l’analyse des données qui en sont issues. Ce travail de thèse avait pour but d’explorer différents problèmes méthodologiques soulevés par l’utilisation des techniques psychométriques en épidémiologie. Trois études empiriques sont présentées et concernent 1/ la phase de validation de l’instrument : l’objectif était de développer, à l’aide de données simulées, un outil de calcul de la taille d’échantillon pour la validation d’échelle en psychiatrie ; 2/ les propriétés mathématiques de la mesure obtenue : l’objectif était de comparer les performances de la différence minimale cliniquement pertinente d’un questionnaire calculée sur des données de cohorte, soit dans le cadre de la théorie classique des tests (CTT), soit dans celui de la théorie de réponse à l’item (IRT) ; 3/ son utilisation dans un schéma longitudinal : l’objectif était de comparer, à l’aide de données simulées, les performances d’une méthode statistique d’analyse de l’évolution longitudinale d’un phénomène subjectif mesuré à l’aide de la CTT ou de l’IRT, en particulier lorsque certains items disponibles pour la mesure différaient à chaque temps. Enfin, l’utilisation de graphes orientés acycliques a permis de discuter, à l’aide des résultats de ces trois études, la notion de biais d’information lors de l’utilisation des mesures subjectives en épidémiologie.