Dynamique spatio-temporelle de circuits de réentrée chez le sujet humain et dans un modèle d'infarctus du myocarde chez le chien

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Bounding of switching activity in logic circuits

Thèse diffusée initialement dans le cadre d'un projet pilote des Presses de l'Université de Montréal/Centre d'édition numérique UdeM (1997-2008) avec l'autorisation de l'auteur.

Investigation des circuits neuronaux de la lecture à l’aide de la spectroscopie près du spectre de l’infrarouge

Pour la plupart des gens, la lecture est une activité automatique, inhérente à leur vie quotidienne et ne demandant que peu d’effort. Chez les individus souffrant d’épilepsie réflexe à la lecture, le simple fait de lire déclenche des crises épileptiques et les personnes doivent alors renoncer à la lecture. Les facteurs responsables du déclenchement de l’activité épileptique dans l’épilepsie réflexe à la lecture demeurent encore mal définis. Certains auteurs suggèrent que le nombre ainsi que la localisation des pointes épileptiques seraient en lien avec la voie de lecture impliquée. Des études en imagerie cérébrale, menées auprès de populations sans trouble neurologique, ont dévoilé que la lecture active un réseau étendu incluant les cortex frontaux, temporo-pariétaux et occipito-temporaux bilatéralement avec des différences dans les patrons d’activation pour les voies de lecture lexicale et phonologique. La majorité des études ont eu recours à des tâches de lecture silencieuse qui ne permettent pas d'évaluer la performance des participants. Dans la première étude de cette thèse, qui porte sur une étude de cas d'un patient avec épilepsie réflexe à la lecture, nous avons déterminé les tâches langagières et les caractéristiques des stimuli qui influencent l'activité épileptique. Les résultats ont confirmé que la lecture était la principale tâche responsable du déclenchement de l’activité épileptique chez ce patient. En particulier, la fréquence des pointes épileptiques était significativement plus élevée lorsque le patient avait recours au processus de conversion grapho-phonémique. Les enregistrements électroencéphalographiques (EEG) ont révélé que les pointes épileptiques étaient localisées dans le gyrus précentral gauche, indépendamment de la voie de lecture. La seconde étude avait comme objectif de valider un protocole de lecture à voix haute ayant recours à la spectroscopie près du spectre de l’infrarouge (SPIR) pour investiguer les circuits neuronaux qui sous-tendent la lecture chez les normo-lecteurs. Douze participants neurologiquement sains ont lu à voix haute des mots irréguliers et des non-mots lors d’enregistrements en SPIR. Les résultats ont montré que la lecture des deux types de stimuli impliquait des régions cérébrales bilatérales communes incluant le gyrus frontal inférieur, le gyrus prémoteur et moteur, le cortex somatosensoriel associatif, le gyrus temporal moyen et supérieur, le gyrus supramarginal, le gyrus angulaire et le cortex visuel. Les concentrations totales d’hémoglobine (HbT) dans les gyri frontaux inférieurs bilatéraux étaient plus élevées dans la lecture des non-mots que dans celle des mots irréguliers. Ce résultat suggère que le gyrus frontal inférieur joue un rôle dans la conversion grapho-phonémique, qui caractérise la voie de lecture phonologique. Cette étude a confirmé le potentiel de la SPIR pour l’investigation des corrélats neuronaux des deux voies de lecture. Une des retombées importantes de cette thèse consiste en l’utilisation du protocole de lecture en SPIR pour investiguer les troubles de la lecture. Ces investigations pourraient aider à mieux établir les liens entre le fonctionnement cérébral et la lecture dans les dyslexies développementales et acquises.

Effect of levodopa on cortico-striatal and cortico-cerebellar circuits in Parkinson's disease

La maladie de Parkinson (MP) est la deuxième maladie neurodégénérative la plus commune. Les symptômes principalement observés chez les patients atteints de la MP sont la rigidité, les tremblements, la bradykinésie et une instabilité posturale. Leur sévérité est souvent asymétrique. La cause principale de ces symptômes moteurs est la dégénérescence du circuit dopaminergique nigro-striatal qui mène à un débalancement d’activité du circuit cortico-striatal. Ce débalancement de circuits est le point essentiel de cette thèse. Dans les protocoles de recherche décrits ici, des patients atteints de la MP (avant et après une dose de levodopa) et des participants contrôles sains ont effectué des mouvements auto-initiés ou en réponse à des stimulis externes pendant que l’on mesurait leur activité cérébrale en imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf). Dans cette thèse, nous abordons et mettons en évidence quatre (4) points principaux. En première partie (chapitre 2), nous présentons un recensement de la littérature sur les cicruits cortico-striataux et cortico-cérébelleux dans la MP. En utilisant des méthodes de neuroimagerie, des changements d’activité cérébrale et cérébelleuse ont été observés chez les patients atteints de la MP comparés aux participants sains. Même si les augmentations d’activité du cervelet ont souvent été attribuées à des mécanismes compensatoires, nos résultats suggèrent qu’elles sont plus probablement liées aux changements pathophysiologiques de la MP et à la perturbation du circuit cortico-cérébelleux. En général, nous suggérons (1) que le circuit cortico-cérébelleux est perturbé chez les patients atteints de la MP, et que les changements d’activité du cervelet sont liés à la pathophysiologie de la MP plutôt qu’à des mécanismes compensatoires. En deuxième partie (chapitre 3), nous discutons des effets de la levodopa sur les hausses et baisses d’activité observés chez les patients atteints de la MP, ainsi que sur l’activité du putamen pendant les mouvements d’origine interne et externe. De nombreuses études en neuroimagerie ont montré une baisse d’activité (hypo-activité) préfrontale liée à la déplétion de dopamine. En revanche, l’utilisation de tâches cognitives a montré des augmentations d’activité (hyper-activité) corticale chez les patients atteints de la MP comparés aux participants sains. Nous avons suggéré précédemment que ces hypo- et hyper-activités des régions préfrontales dépendent de l’implication du striatum. Dans cette thèse nous suggérons de plus (2) que la levodopa ne rétablit pas ces hyper-activations, mais plutôt qu’elles sont liées à la perturbation du circuit méso-cortical, et aussi possiblement associées à l’administration de médication dopaminergique à long terme. Nous montrons aussi (3) que la levodopa a un effet non-spécifique à la tâche sur l’activité du circuit cortico-striatal moteur, et qu’elle n’a pas d’effet sur l’activité du circuit cortico-striatal cognitif. Nous montrons enfin (chapitre 4) que la levodopa a un effet asymétrique sur les mouvements de la main droite et gauche. À peu près 50% des patients atteints de la MP démontrent une asymétrie des symptômes moteurs, et ceci persiste à travers la durée de la maladie. Nos résultats suggèrent (4) que la levodopa pourrait avoir un plus grand effet sur les patrons d’activations des mouvements de la main la plus affectée.

Investing Online: Concerns about the Evolving Use of the Internet as an Investment Tool in the Secondary Market Context

La croissance dramatique du commerce électronique des titres cache un grand potentiel pour les investisseurs, de même que pour l’industrie des valeurs mobilières en général. Prenant en considération ses risques particuliers, les autorités réglementaires vivent un défi important face à l’Internet en tant que nouveau moyen d’investir. Néanmoins, malgré l’évolution technologique, les objectifs fondamentaux et l’approche des autorités réglementaires restent similaires à ce qui se produit présentement. Cet article analyse l’impact de l’Internet sur le commerce des valeurs mobilières en se concentrant sur les problèmes soulevés par l’utilisation de ce nouveau moyen de communication dans le contexte du marché secondaire. Par conséquent, son objectif est de dresser le portrait des plaintes typiques des investisseurs, de même que celui des activités frauduleuses en valeurs mobilières propres au cyberespace. L’auteur fait une synthèse des développements récents en analysant l’approche des autorités réglementaires, les études doctrinales, la jurisprudence et les cas administratifs. L'auteure désire remercier la professeure Raymonde Crête pour ses précieux commentaires et conseils.

Development and plasticity of locomotor circuits in the zebrafish spinal cord

A fundamental goal in neurobiology is to understand the development and organization of neural circuits that drive behavior. In the embryonic spinal cord, the first motor activity is a slow coiling of the trunk that is sensory-independent and therefore appears to be centrally driven. Embryos later become responsive to sensory stimuli and eventually locomote, behaviors that are shaped by the integration of central patterns and sensory feedback. In this thesis I used a simple vertebrate model, the zebrafish, to investigate in three manners how developing spinal networks control these earliest locomotor behaviors. For the first part of this thesis, I characterized the rapid transition of the spinal cord from a purely electrical circuit to a hybrid network that relies on both chemical and electrical synapses. Using genetics, lesions and pharmacology we identified a transient embryonic behavior preceding swimming, termed double coiling. I used electrophysiology to reveal that spinal motoneurons had glutamate-dependent activity patterns that correlated with double coiling as did a population of descending ipsilateral glutamatergic interneurons that also innervated motoneurons at this time. This work (Knogler et al., Journal of Neuroscience, 2014) suggests that double coiling is a discrete step in the transition of the motor network from an electrically coupled circuit that can only produce simple coils to a spinal network driven by descending chemical neurotransmission that can generate more complex behaviors. In the second part of my thesis, I studied how spinal networks filter sensory information during self-generated movement. In the zebrafish embryo, mechanosensitive sensory neurons fire in response to light touch and excite downstream commissural glutamatergic interneurons to produce a flexion response, but spontaneous coiling does not trigger this reflex. I performed electrophysiological recordings to show that these interneurons received glycinergic inputs during spontaneous fictive coiling that prevented them from firing action potentials. Glycinergic inhibition specifically of these interneurons and not other spinal neurons was due to the expression of a unique glycine receptor subtype that enhanced the inhibitory current. This work (Knogler & Drapeau, Frontiers in Neural Circuits, 2014) suggests that glycinergic signaling onto sensory interneurons acts as a corollary discharge signal for reflex inhibition during movement. v In the final part of my thesis I describe work begun during my masters and completed during my doctoral degree studying how homeostatic plasticity is expressed in vivo at central synapses following chronic changes in network activity. I performed whole-cell recordings from spinal motoneurons to show that excitatory synaptic strength scaled up in response to decreased network activity, in accordance with previous in vitro studies. At the network level, I showed that homeostatic plasticity mechanisms were not necessary to maintain the timing of spinal circuits driving behavior, which appeared to be hardwired in the developing zebrafish. This study (Knogler et al., Journal of Neuroscience, 2010) provided for the first time important in vivo results showing that synaptic patterning is less plastic than synaptic strength during development in the intact animal. In conclusion, the findings presented in this thesis contribute widely to our understanding of the neural circuits underlying simple motor behaviors in the vertebrate spinal cord.

FPGA-based object detection using classification circuits

Dans l'apprentissage machine, la classification est le processus d’assigner une nouvelle observation à une certaine catégorie. Les classifieurs qui mettent en œuvre des algorithmes de classification ont été largement étudié au cours des dernières décennies. Les classifieurs traditionnels sont basés sur des algorithmes tels que le SVM et les réseaux de neurones, et sont généralement exécutés par des logiciels sur CPUs qui fait que le système souffre d’un manque de performance et d’une forte consommation d'énergie. Bien que les GPUs puissent être utilisés pour accélérer le calcul de certains classifieurs, leur grande consommation de puissance empêche la technologie d'être mise en œuvre sur des appareils portables tels que les systèmes embarqués. Pour rendre le système de classification plus léger, les classifieurs devraient être capable de fonctionner sur un système matériel plus compact au lieu d'un groupe de CPUs ou GPUs, et les classifieurs eux-mêmes devraient être optimisés pour ce matériel. Dans ce mémoire, nous explorons la mise en œuvre d'un classifieur novateur sur une plate-forme matérielle à base de FPGA. Le classifieur, conçu par Alain Tapp (Université de Montréal), est basé sur une grande quantité de tables de recherche qui forment des circuits arborescents qui effectuent les tâches de classification. Le FPGA semble être un élément fait sur mesure pour mettre en œuvre ce classifieur avec ses riches ressources de tables de recherche et l'architecture à parallélisme élevé. Notre travail montre que les FPGAs peuvent implémenter plusieurs classifieurs et faire les classification sur des images haute définition à une vitesse très élevée.

Are primary and secondary provoked vestibulodynia two different entities? A comparison of pain, psychosocial and sexual characteristics.

Introduction Provoked vestibulodynia (PVD) is suspected to be the most frequent cause of vulvodynia in premenopausal women. Based on the onset of PVD relative to the start of sexual experience, PVD can be divided into primary (PVD1) and secondary PVD (PVD2). Studies comparing these PVD subgroups are inconclusive as to whether differences exist in sexual and psychosocial functioning. Aim The aim of this study was to compare the pain, sexual and psychosocial functioning of a large clinical and community-based sample of premenopausal women with PVD1 and PVD2. Methods A total of 269 women (n = 94 PVD1; n = 175 PVD2) completed measures on sociodemographics, pain, sexual, and psychosocial functioning. Main Outcome Measures Dependent variables were the 0–10 pain numerical rating scale, McGill–Melzack Pain Questionnaire, Female Sexual Function Index, Global Measure of Sexual Satisfaction, Beck Depression Inventory-II, Painful Intercourse Self-Efficacy Scale, Pain Catastrophizing Scale, State-Trait Anxiety Inventory Trait Subscale, Ambivalence over Emotional Expression Questionnaire, Hurlbert Index of Sexual Assertiveness, Experiences in Close Relationships Scale—Revised, and Dyadic Adjustment Scale-Revised. Results At first sexual relationship, women with PVD2 were significantly younger than women with PVD1 (P < 0.01). The average relationship duration was significantly longer in women with PVD2 compared with women with PVD1 (P < 0.01). Although women with PVD1 described a significantly longer duration of pain compared with women with PVD2 (P < 0.01), no significant subtype differences were found in pain intensity during intercourse. When controlling for the sociodemographics mentioned earlier, no significant differences were found in sexual, psychological, and relational functioning between the PVD subgroups. Nevertheless, on average, both groups were in the clinical range of sexual dysfunction and reported impaired psychological functioning. Conclusions The findings show that there are no significant differences in the sexual and psychosocial profiles of women with PVD1 and PVD2. Results suggest that similar psychosocial and sex therapy interventions should be offered to both subgroups of PVD.

Synthesis, Characterisation and Properties of (Ba1-xSrx) (Nd1/2Nb1/2 ) 03 Ceramics for Application as Dielectric Resonators in Microwave Circuits

The (Ba1-x Srx) (Nd1/2, Nb1/2) O3 ceramics have been prepared by the conventional ceramic route for different values of x. Addition of a small amount of CeO2(1 wt%) as a sintering aid increased the density of the samples. The structure and microstructure of the sintered samples are studied by X-ray diffraction and SEM methods. The dielectric properties of the samples are measured in the microwave frequency region as a function of composition. The dielectric constant decreases as x increases. The coefficient of thermal variation of resonant frequency decreases as the Sr content increases and goes to the negative side. The dielectric properties of (Ba1-x Srx) (Nd1/2, Nb1/2) O3 are in the range suitable for application as dielectric resonators in microwave circuits

Modifications of secondary reflector antenna patterns due to shaped beams from flanged primary horn feeds

With the advent of satellite communication and radio astronomy, the need for large and efficient reflector antennas had triggered a widespread investigation in reflector feed design techniques. Major improvements sought are reduction in spill-over, cross polarization losses and the enhancement of aperture efficiency. The search for such a feed culminated in the corrugated horn. The main idea behind the present work is to use the H-plane sectoral horns fitted with,corrugated flanges as feeds of a paraboloid and see how the secondary pattern of the reflector antenna varies with different parameters of the feed. An offset paraboloid is used as the secondary reflector in order to avoid the adverse effect of aperture ‘blocking by the feed horn structure on the secondary radiation pattern. The measurements were repeated for three different H-plane sectoral horns with the same set of corrugated flanges at various X-band frequencies. The following parameters of the whole system are studied: (a) Beam shaping. (b) Gain. (c) Variation of VSWR and (d) Cross polarization

Vocational Higher Secondary Education in Kerala: A Status Study of Students, Pass Outs and Training Components

This study analyses the socio-economic backgrounds and entrepreneurial profiles of the students and pass outs of the Vocational Higher Secondary Education in Kerala and the academic achievements of the Vocational Higher Secondary students and pass outs in Kerala in terms of their performance in the examinations. The study also analyses the quality and availability of the various training and support facilities of the Vocational Higher Secondary Schools in Kerala, nature and rate of employment and higher studies among the pass outs of the Vocational Higher Secondary Education in Kerala and the awareness of students, pass outs, teachers and principals regarding the goals and objectives, mode of implementation, apprenticeship training and higher study and employment opportunities of the programme of the Vocational Higher Secondary Education in Kerala.

Development of plant tissue culture of Plumbago rosea Linn. for enhanced production of secondary metabolites

P rosea syn. Indica belong to the family of plumbaginaceae, is an important medicinal plant, cultivated widely in India. The roots of these plant are generally used for medicinal purposes mainly as diuretic, germicidal, vessicant, and abortifacient. It is also used for anaemia, diarrhea, leprosy and common wart. The bark of the root contains orange yellow pigment named plumbagin, a crystalline substance, belongs to the class of naphthoquinone. Its chemical structure is 5-hydroxy 2-methyl 1,4naphthoquinone. Apart from P rosea, P zeylanica, P europea, Drosera and Drosophyllum also contains plumbagin. The most exploited source of plumbagin is, of course, P. rosea roots. The roots contain O.9mg/ g D.Wt. of plumbagin in the roots. These plants grow very slowly and the roots suitable for plumbagin extraction can be obtained only after several years of growth. The productivity of the plant is also rather poor. The focus of the present study was to develop alternative strategies to obtain plumbagin. The tissue culture of P rosea for micropropagation has been studied