Mechanisms underlying activation of neural stem cells in the adult central nervous system

À la fin du 19e siècle, Dr. Ramón y Cajal, un pionnier scientifique, a découvert les éléments cellulaires individuels, appelés neurones, composant le système nerveux. Il a également remarqué la complexité de ce système et a mentionné l’impossibilité de ces nouveaux neurones à être intégrés dans le système nerveux adulte. Une de ses citations reconnues : “Dans les centres adultes, les chemins nerveux sont fixes, terminés, immuables. Tout doit mourir, rien ne peut être régénérer” est représentative du dogme de l’époque (Ramón y Cajal 1928). D’importantes études effectuées dans les années 1960-1970 suggèrent un point de vue différent. Il a été démontré que les nouveaux neurones peuvent être générés à l’âge adulte, mais cette découverte a créé un scepticisme omniprésent au sein de la communauté scientifique. Il a fallu 30 ans pour que le concept de neurogenèse adulte soit largement accepté. Cette découverte, en plus de nombreuses avancées techniques, a ouvert la porte à de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles pour les maladies neurodégénératives. Les cellules souches neurales (CSNs) adultes résident principalement dans deux niches du cerveau : la zone sous-ventriculaire des ventricules latéraux et le gyrus dentelé de l’hippocampe. En condition physiologique, le niveau de neurogenèse est relativement élevé dans la zone sous-ventriculaire contrairement à l’hippocampe où certaines étapes sont limitantes. En revanche, la moelle épinière est plutôt définie comme un environnement en quiescence. Une des principales questions qui a été soulevée suite à ces découvertes est : comment peut-on activer les CSNs adultes afin d’augmenter les niveaux de neurogenèse ? Dans l’hippocampe, la capacité de l’environnement enrichi (incluant la stimulation cognitive, l’exercice et les interactions sociales) à promouvoir la neurogenèse hippocampale a déjà été démontrée. La plasticité de cette région est importante, car elle peut jouer un rôle clé dans la récupération de déficits au niveau de la mémoire et l’apprentissage. Dans la moelle épinière, des études effectuées in vitro ont démontré que les cellules épendymaires situées autour du canal central ont des capacités d’auto-renouvellement et de multipotence (neurones, astrocytes, oligodendrocytes). Il est intéressant de noter qu’in vivo, suite à une lésion de la moelle épinière, les cellules épendymaires sont activées, peuvent s’auto-renouveller, mais peuvent seulement ii donner naissance à des cellules de type gliale (astrocytes et oligodendrocytes). Cette nouvelle fonction post-lésion démontre que la plasticité est encore possible dans un environnement en quiescence et peut être exploité afin de développer des stratégies de réparation endogènes dans la moelle épinière. Les CSNs adultes jouent un rôle important dans le maintien des fonctions physiologiques du cerveau sain et dans la réparation neuronale suite à une lésion. Cependant, il y a peu de données sur les mécanismes qui permettent l'activation des CSNs en quiescence permettant de maintenir ces fonctions. L'objectif général est d'élucider les mécanismes sous-jacents à l'activation des CSNs dans le système nerveux central adulte. Pour répondre à cet objectif, nous avons mis en place deux approches complémentaires chez les souris adultes : 1) L'activation des CSNs hippocampales par l'environnement enrichi (EE) et 2) l'activation des CSNs de la moelle épinière par la neuroinflammation suite à une lésion. De plus, 3) afin d’obtenir plus d’information sur les mécanismes moléculaires de ces modèles, nous utiliserons des approches transcriptomiques afin d’ouvrir de nouvelles perspectives. Le premier projet consiste à établir de nouveaux mécanismes cellulaires et moléculaires à travers lesquels l’environnement enrichi module la plasticité du cerveau adulte. Nous avons tout d’abord évalué la contribution de chacune des composantes de l’environnement enrichi à la neurogenèse hippocampale (Chapitre II). L’exercice volontaire promeut la neurogenèse, tandis que le contexte social augmente l’activation neuronale. Par la suite, nous avons déterminé l’effet de ces composantes sur les performances comportementales et sur le transcriptome à l’aide d’un labyrinthe radial à huit bras afin d’évaluer la mémoire spatiale et un test de reconnaissante d’objets nouveaux ainsi qu’un RNA-Seq, respectivement (Chapitre III). Les coureurs ont démontré une mémoire spatiale de rappel à court-terme plus forte, tandis que les souris exposées aux interactions sociales ont eu une plus grande flexibilité cognitive à abandonner leurs anciens souvenirs. Étonnamment, l’analyse du RNA-Seq a permis d’identifier des différences claires dans l’expression des transcripts entre les coureurs de courte et longue distance, en plus des souris sociales (dans l’environnement complexe). iii Le second projet consiste à découvrir comment les cellules épendymaires acquièrent les propriétés des CSNs in vitro ou la multipotence suite aux lésions in vivo (Chapitre IV). Une analyse du RNA-Seq a révélé que le transforming growth factor-β1 (TGF-β1) agit comme un régulateur, en amont des changements significatifs suite à une lésion de la moelle épinière. Nous avons alors confirmé la présence de cette cytokine suite à la lésion et caractérisé son rôle sur la prolifération, différentiation, et survie des cellules initiatrices de neurosphères de la moelle épinière. Nos résultats suggèrent que TGF-β1 régule l’acquisition et l’expression des propriétés de cellules souches sur les cellules épendymaires provenant de la moelle épinière.

Den offentliga sektorns komplexa adaptiva system : En kvalitativ studie om medarbetarpolicys i praktiken

Intresset för hur HR och ledning kan påverka medarbetarnas beteendemönster och den sociala strukturen inom organisationer har gett upphov till denna undersökning. Med utgångspunkt i teorier om komplexa adaptiva system som perspektiv har jag försökt fånga medarbetarnas förutsättningar att nå organisationers vision och därmed förverkliga medarbetarpolicyn i praktiken. Tillsammans med kontaktpersoner från den undersökta kommunen har jag gjort en djupdykning i en offentlig organisation i syfte att förklara byråkratins inverkan på beteendemönstret hos medarbetarna och hur de tillsammans skapar en social struktur vilken speglar organisationens vision. Syftet med studien är att undersöka hur det adaptiva systemet fungerar i en byråkratisk organisation och vad det betyder för medarbetarnas möjligheter att förverkliga organisationens vision och medarbetarpolicy. Undersökningen har genomförts på en socialförvaltning i en kommun i mellan Sverige och med en kvalitativ metod och semistrukturerade intervjuer har sex respondenter deltagit i undersökningen. Samtliga respondenter har olika befattningar inom organisationen och bidrar därmed med olika perspektiv på samma fenomen. Undersökningens resultat visar att den offentliga verksamhetens byråkratiska organisationsstruktur bidrar till att det bildas olika adaptiva system inom organisationen, där medarbetarnas beteendemönster bildar en social struktur som leder till att visionen och medarbetarpolicyn inte förverkligas. Undersökningen visar även att de adaptiva systemen inom organisationen inte påverkar varandra, då de inte interagerar med varandra inom organisationen. Det som ligger till grund för hur medarbetarnas beteendemönster etableras inom organisationen är kraven från omvärlden, hög arbetsbelastning och avsaknaden av stabilitet i den organisatoriska och sociala arbetsmiljön och inte vad tidigare forskning visat; att det skulle vara hög regelstyrning som ligger till grund för beteendemönstret inom den offentliga sektorn. Slutsatsen är att för att medarbetarna ska kunna förverkliga organisationens vision och medarbetarpolicy kräver det att HR, ledning och medarbetare alla ingår i samma adaptiva system. För att det ska vara möjligt behöver HR upprätta strategier för hur samtliga inom organisationen ska interagera med varandra i det dagliga arbetet. Ledningen och medarbetarna behöver även ha goda möjligheter att kommunicera med varandra regelbundet i en större omfattning än vad de gör idag. Konkreta åtgärder för hur det lämpligen bör genomföras presenteras under diskussionen.

The Design with Intent Method: a design tool for influencing user behaviour

Using product and system design to influence user behaviour offers potential for improving performance and reducing user error, yet little guidance is available at the concept generation stage for design teams briefed with influencing user behaviour. This article presents the Design with Intent Method, an innovation tool for designers working in this area, illustrated via application to an everyday human–technology interaction problem: reducing the likelihood of a customer leaving his or her card in an automatic teller machine. The example application results in a range of feasible design concepts which are comparable to existing developments in ATM design, demonstrating that the method has potential for development and application as part of a user-centred design process.

Making the user more efficient: Design for sustainable behaviour

User behaviour is a significant determinant of a product’s environmental impact; while engineering advances permit increased efficiency of product operation, the user’s decisions and habits ultimately have a major effect on the energy or other resources used by the product. There is thus a need to change users’ behaviour. A range of design techniques developed in diverse contexts suggest opportunities for engineers, designers and other stakeholders working in the field of sustainable innovation to affect users’ behaviour at the point of interaction with the product or system, in effect ‘making the user more efficient’. Approaches to changing users’ behaviour from a number of fields are reviewed and discussed, including: strategic design of affordances and behaviour-shaping constraints to control or affect energyor other resource-using interactions; the use of different kinds of feedback and persuasive technology techniques to encourage or guide users to reduce their environmental impact; and context-based systems which use feedback to adjust their behaviour to run at optimum efficiency and reduce the opportunity for user-affected inefficiency. Example implementations in the sustainable engineering and ecodesign field are suggested and discussed.

IntelliChair: a non-intrusive sitting posture and sitting activity recognition system

Current Ambient Intelligence and Intelligent Environment research focuses on the interpretation of a subject’s behaviour at the activity level by logging the Activity of Daily Living (ADL) such as eating, cooking, etc. In general, the sensors employed (e.g. PIR sensors, contact sensors) provide low resolution information. Meanwhile, the expansion of ubiquitous computing allows researchers to gather additional information from different types of sensor which is possible to improve activity analysis. Based on the previous research about sitting posture detection, this research attempts to further analyses human sitting activity. The aim of this research is to use non-intrusive low cost pressure sensor embedded chair system to recognize a subject’s activity by using their detected postures. There are three steps for this research, the first step is to find a hardware solution for low cost sitting posture detection, second step is to find a suitable strategy of sitting posture detection and the last step is to correlate the time-ordered sitting posture sequences with sitting activity. The author initiated a prototype type of sensing system called IntelliChair for sitting posture detection. Two experiments are proceeded in order to determine the hardware architecture of IntelliChair system. The prototype looks at the sensor selection and integration of various sensor and indicates the best for a low cost, non-intrusive system. Subsequently, this research implements signal process theory to explore the frequency feature of sitting posture, for the purpose of determining a suitable sampling rate for IntelliChair system. For second and third step, ten subjects are recruited for the sitting posture data and sitting activity data collection. The former dataset is collected byasking subjects to perform certain pre-defined sitting postures on IntelliChair and it is used for posture recognition experiment. The latter dataset is collected by asking the subjects to perform their normal sitting activity routine on IntelliChair for four hours, and the dataset is used for activity modelling and recognition experiment. For the posture recognition experiment, two Support Vector Machine (SVM) based classifiers are trained (one for spine postures and the other one for leg postures), and their performance evaluated. Hidden Markov Model is utilized for sitting activity modelling and recognition in order to establish the selected sitting activities from sitting posture sequences.2. After experimenting with possible sensors, Force Sensing Resistor (FSR) is selected as the pressure sensing unit for IntelliChair. Eight FSRs are mounted on the seat and back of a chair to gather haptic (i.e., touch-based) posture information. Furthermore, the research explores the possibility of using alternative non-intrusive sensing technology (i.e. vision based Kinect Sensor from Microsoft) and find out the Kinect sensor is not reliable for sitting posture detection due to the joint drifting problem. A suitable sampling rate for IntelliChair is determined according to the experiment result which is 6 Hz. The posture classification performance shows that the SVM based classifier is robust to “familiar” subject data (accuracy is 99.8% with spine postures and 99.9% with leg postures). When dealing with “unfamiliar” subject data, the accuracy is 80.7% for spine posture classification and 42.3% for leg posture classification. The result of activity recognition achieves 41.27% accuracy among four selected activities (i.e. relax, play game, working with PC and watching video). The result of this thesis shows that different individual body characteristics and sitting habits influence both sitting posture and sitting activity recognition. In this case, it suggests that IntelliChair is suitable for individual usage but a training stage is required.

'Malicious Code Execution Detection and Response Immune System inspired by the Danger Theory'

The analysis of system calls is one method employed by anomaly detection systems to recognise malicious code execution. Similarities can be drawn between this process and the behaviour of certain cells belonging to the human immune system, and can be applied to construct an artificial immune system. A recently developed hypothesis in immunology, the Danger Theory, states that our immune system responds to the presence of intruders through sensing molecules belonging to those invaders, plus signals generated by the host indicating danger and damage. We propose the incorporation of this concept into a responsive intrusion detection system, where behavioural information of the system and running processes is combined with information regarding individual system calls.

Fundamental behaviour of Virtual-Build-to-Order systems

Virtual-Build-to-Order (VBTO) is an emerging order fulfilment system within the automotive sector that is intended to improve fulfilment performance by taking advantage of integrated information systems. The primary innovation in VBTO systems is the ability to make available all unsold products that are in the production pipeline to all customers. In a conventional system the pipeline is inaccessible and a customer can be fulfilled by a product from stock or having a product Built-to-Order (BTO), whereas in a VBTO system a customer can be fulfilled by a product from stock, by being allocated a product in the pipeline, or by a build-to-order product. Simulation is used to investigate and profile the fundamental behaviour of the basic VBTO system and to compare it to a Conventional system. A predictive relationship is identified, between the proportions of customers fulfilled through each mechanism and the ratio of product variety / pipeline length. The simulations reveal that a VBTO system exhibits inherent behaviour that alters the stock mix and levels, leading to stock levels being higher than in an equivalent conventional system at certain variety / pipeline ratios. The results have implications for the design and management of order fulfilment systems in sectors such as automotive where VBTO is a viable operational model.

'Malicious Code Execution Detection and Response Immune System inspired by the Danger Theory'

The analysis of system calls is one method employed by anomaly detection systems to recognise malicious code execution. Similarities can be drawn between this process and the behaviour of certain cells belonging to the human immune system, and can be applied to construct an artificial immune system. A recently developed hypothesis in immunology, the Danger Theory, states that our immune system responds to the presence of intruders through sensing molecules belonging to those invaders, plus signals generated by the host indicating danger and damage. We propose the incorporation of this concept into a responsive intrusion detection system, where behavioural information of the system and running processes is combined with information regarding individual system calls.

Radiative Behaviour of Gd2O3:Er/Yb nanoparticles under near infrared illumination

Upconverting nanoparticles have attracted much attention in science recently, specifically in view of medical and biological applications such as live imaging of cell temperatures or cancer treatment. The previously studied system of gadolinium oxide nanorods co-doped with erbium and ytterbium and decorated with different number densities of gold nanoparticles has been studied. So far, these particles have been proven as efficient nanothermometers in a temperature range from 300 up to 2000 K. In this work, a more detailed study on the morphological and radiative behaviour of these particles has been conducted. It was found that the laser power threshold for the onset of the black body radiation decreases strongly with the increase in the gold concentration. The temperature of the onset itself seems to remain approximately constant. The heating efficiency was determined to increase significantly with the gold concentration. The morphological study revealed that the temperature at the black body radiation threshold was not enough to induce any significant transformation in neither the nanorods nor the gold nanoparticles, as was expected from comparison with literature. However, significant changes in radiative properties and the morphology were detected for powders that underwent strong laser heating until the emission of brightly visible black body radiation.

Trapping phosphorus (III) into polyoxometalates: synthesis, characterisation and electronic behaviour study

The introduction of electronically-active heteroanions into polyoxometalates (POMs) is one of the emerging topics in this field. The novel clusters have shown unprecedented intramolecular electron-transfer features that can be directly mediated by the incorporated heteroanions. In this thesis, we will focus on the study of phosphite (HPO32-) as new non-traditional heteroanions, discover HPO32- templated nanostructures, investigate their electronic behaviours as well as understand the self-assembly process of HPO32--templated species. The thesis starts with incorporating HPO32- into POM cages. The feasibility of this work was illustrated by the successful trapping of HPO32- into a “Trojan Horse” type {W18O56} nanocage. The reactivity of embedded {HPO3} was fully studied, showing the cluster undergoes a structural rearrangement in solution whereby the {HPO3} moieties dimerise to form a weakly interacting (O3PH···HPO3) moiety. In the crystalline state a temperature-dependent intramolecular redox reaction and structural rearrangement occurs. This rearrangement appears to proceed via an intermediate containing two different templates, a pyramidal {HPO3} and a tetrahedral {PO4} moiety. {HPO3} templated POM cages were then vigorously expanded and led to the isolation of five either fully oxidised or mixed-valence clusters trapped with mono-, di-, or tri- {HPO3}. Interestingly, an intriguing 3D honeycomb-like host-guest structure was also synthesised. The porous framework was self-aggregated by a tri-phopshite anion templated {W21} cluster with a {VO4} templated Wells-Dawson type {W18} acting as a guest species within the hexagonal channels. Based on this work, we further extended the templating anions to two different redox-active heteroanions, and discovered a unique mixed-heteroatom templated system built by pairing redox-active {HPIIIO3} with {TeO3}, {SeO3} or {AsO3}. Two molecular systems were developed, ie. “Trojan Horse” type [W18O56(HPO3)0.8(SeO3)1.2(H2O)2]8- and cross-shaped [H4P4X4W64O224]32-/36-, where X=TeIV, SeIV, AsIII. In the case of {W18(HPO3)0.8(SeO3)1.2}, the compound is found to be a mixture of heteroleptic {W18(HPO3)(SeO3)} and homoleptic {W18(SeO3)2} and {W18(HPO3)2}, identified by single crystal x-ray diffraction, NMR as well as high resolution mass spectrometry. The cluster exhibited similar temperature-dependent electronic features to “Trojan Horse” type {W18(HPO3)2O56}. However, due to the intrinsic reactivity difference between {HPO3} and {SeO3}, the thermal treatment leads to the formation of an unusual species [W18O55(PO4)(SeO3)]5-, in which {HPO3} was fully oxidised to {PO4} within the cage, whereas and lone-pair-containing {SeO3} heteroanions were kept intact inside the shell. This finding is extremely interesting, as it demonstrated that multiple and independent intramolecular electronic performance can be achieved by the coexistence of distinct heteroatoms within a single molecule. On the other hand, the cross-shaped [H4P4X4W64O224]32-/36- were constructed by four {W15(HPO3)(XO3)} building units linked by four {WO6} octahedra. Each building unit traps two different heteroatoms. It is interesting to note that the mixed heteroatom species show self-sorting, with a highly selective positional preference. Smaller ionic sized {HPO3} are self-organised into the uncapped side of {W15} cavity, whereas closed side are occupied by larger heteroatoms, which is surprisingly opposed to steric hindrance. Density functional theory (DFT) calculations are currently underway to have a full understanding of the preference of heteroatom substitutions. This series of clusters is of great interest in terms of achieving single molecule-based heteroatom-dependent multiple levels of electron transfer. It has opened a new way to design and synthesise POMs with higher diversity of electrical states, which may lead to a new type of Q-bits for quantum computing. The third chapter is focused on developing polyoxotungstate building blocks templated by {HPO3}. A series of building blocks, {W15O48(HPO3)2}, {W9O30(HPO3)} {W12O40(HPO3)2} and hexagonal {W6O18(HPO3)} have been obtained. The first four building blocks have been reported with {SeO3} and/or {TeO3} heteroanions. This result demonstrates {HPO3} has a similar reactivity as {SeO3} and {TeO3}, therefore studying the self-assembly of {HPO3}-based building blocks would be helpful to have a general understanding of pyramidal heteroatom-based molecular systems. The hexagonal {W6O18(HPO3)} is observed for the first time in polyoxotungstates, showing some of reactivity difference between {HPO3} and {SeO3} and {TeO3}. Furthermore, inorganic salts and pH values have some directing influence on the formation and transformation of various building blocks, resulting in the discovery of a family of {HPO3}-based clusters with nuclearity ranging from {W29} to {W106}. High resolution mass spectrometry was also carried out to investigate the cluster solution behaviour and also gain information of building block speciation. It is found that some clusters experienced decomposition, which gives rise to potential building blocks accountable for the self-assembly.

Excitonic behaviour in polymeric semiconductors : the effect of morphology and composition in heterostructures

La compréhension des interrelations entre la microstructure et les processus électroniques dans les polymères semi-conducteurs est d’une importance primordiale pour leur utilisation dans des hétérostructures volumiques. Dans cette thèse de doctorat, deux systémes diffèrents sont étudiés ; chacun de ces systèmes représente une approche diffèrente pour optimiser les matériaux en termes de leur microstructure et de leur capacité à se mettre en ordre au niveau moléculaire. Dans le premier système, j’ai effectué une analyse complète des principes de fonctionnement d’une cellule photovoltaïque hybride à base des nanocristaux d’oxyde de zinc (ZnO) et du poly (3-hexylthiophène) (P3HT) par absorption photoinduite en régime quasi-stationnaire (PIA) et la spectroscopie PIA en pompage modulé dépendant de la fréquence. L’interface entre le donneur (le polymère P3HT) et l’accepteur (les nanoparticules de ZnO), où la génération de charges se produit, joue un rôle important dans la performance des cellules photovoltaïques hybrides. Pour améliorer le mécanisme de génération de charges du P3H: ZnO, il est indispensable de modifier l’interface entre ses constituants. Nous avons démontré que la modification d’interface moléculaire avec cis-bis (4, 40 - dicarboxy-2, 20bipyridine) ruthénium (II) (N3-dye) et a-Sexithiophen-2 yl-phosphonique (6TP) a améliorée le photocourant et la performance dans les cellules P3HT: ZnO. Le 6TP et le N3 s’attachent à l’interface du ZnO, en augmentant ainsi l’aire effective de la surface donneur :accepteur, ce qui contribue à une séparation de charge accrue. De plus, le 6TP et le N3 réduisent la densité de pièges dans le ZnO, ce qui réduit le taux de recombinaison des paires de charges. Dans la deuxième partie, jai introduit une matrice hôte polymérique de polystyréne à masse molaire ulra-élevée, qui se comporte comme un solide pour piéger et protéger une solution de poly [2-méthoxy, 5- (2´-éthyl-hexoxy) -1,4-phénylènevinylène- PPV] (MEHPPV) pour utilisation dans des dispositifs optoèlectroniques quantiques. Des travaux antérieurs ont montré que MEH-PPV en solution subit une transition de conformation, d’une conformation enroulé à haute température (phase bleue) à une conformation de chaîne étendue à basse température (phase rouge). La conformation de la chaîne étendue de la solution MEH-PPV favorise les caractéristiques nécessaires à l’amélioration des dispositifs optoélectroniques quantiques, mais la solution ne peut pas être incorporées dans le dispositif. J’ai démontré que la caractéristique de la phase rouge du MEH-PPV en solution se maintient dans une matrice hôte polymérique de polystyrène transformé de masse molaire très élevée, qui se comporte comme un solide (gel de MEH-PPV/UHMW PS), par le biais de la spectroscopie de photoluminescence (PL) dépendant de la température (de 290K à 80 K). La phase rouge du gel MEH-PPV/UHMW PS se manifeste par des largeurs de raie étroites et une intensité augmentée de la transition 0-0 de la progression vibronique dans le spectre de PL ainsi qu’un petit décalage de Stokes entre la PL et le spectre d’absorption à basse température. Ces approches démontrent que la manipulation de la microstructure et des propriétés électroniques des polymères semi-conducteurs ont un impact direct sur la performance de dispositifs pour leurs développements technologiques continus.

An immune inspired Network Intrusion Detection System utilising correlation

Network Intrusion Detection Systems (NIDS) are computer systems which monitor a network with the aim of discerning malicious from benign activity on that network. While a wide range of approaches have met varying levels of success, most IDSs rely on having access to a database of known attack signatures which are written by security experts. Nowadays, in order to solve problems with false positive alerts, correlation algorithms are used to add additional structure to sequences of IDS alerts. However, such techniques are of no help in discovering novel attacks or variations of known attacks, something the human immune system (HIS) is capable of doing in its own specialised domain. This paper presents a novel immune algorithm for application to the IDS problem. The goal is to discover packets containing novel variations of attacks covered by an existing signature base.

Mechanisms underlying activation of neural stem cells in the adult central nervous system

À la fin du 19e siècle, Dr. Ramón y Cajal, un pionnier scientifique, a découvert les éléments cellulaires individuels, appelés neurones, composant le système nerveux. Il a également remarqué la complexité de ce système et a mentionné l’impossibilité de ces nouveaux neurones à être intégrés dans le système nerveux adulte. Une de ses citations reconnues : “Dans les centres adultes, les chemins nerveux sont fixes, terminés, immuables. Tout doit mourir, rien ne peut être régénérer” est représentative du dogme de l’époque (Ramón y Cajal 1928). D’importantes études effectuées dans les années 1960-1970 suggèrent un point de vue différent. Il a été démontré que les nouveaux neurones peuvent être générés à l’âge adulte, mais cette découverte a créé un scepticisme omniprésent au sein de la communauté scientifique. Il a fallu 30 ans pour que le concept de neurogenèse adulte soit largement accepté. Cette découverte, en plus de nombreuses avancées techniques, a ouvert la porte à de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles pour les maladies neurodégénératives. Les cellules souches neurales (CSNs) adultes résident principalement dans deux niches du cerveau : la zone sous-ventriculaire des ventricules latéraux et le gyrus dentelé de l’hippocampe. En condition physiologique, le niveau de neurogenèse est relativement élevé dans la zone sous-ventriculaire contrairement à l’hippocampe où certaines étapes sont limitantes. En revanche, la moelle épinière est plutôt définie comme un environnement en quiescence. Une des principales questions qui a été soulevée suite à ces découvertes est : comment peut-on activer les CSNs adultes afin d’augmenter les niveaux de neurogenèse ? Dans l’hippocampe, la capacité de l’environnement enrichi (incluant la stimulation cognitive, l’exercice et les interactions sociales) à promouvoir la neurogenèse hippocampale a déjà été démontrée. La plasticité de cette région est importante, car elle peut jouer un rôle clé dans la récupération de déficits au niveau de la mémoire et l’apprentissage. Dans la moelle épinière, des études effectuées in vitro ont démontré que les cellules épendymaires situées autour du canal central ont des capacités d’auto-renouvellement et de multipotence (neurones, astrocytes, oligodendrocytes). Il est intéressant de noter qu’in vivo, suite à une lésion de la moelle épinière, les cellules épendymaires sont activées, peuvent s’auto-renouveller, mais peuvent seulement ii donner naissance à des cellules de type gliale (astrocytes et oligodendrocytes). Cette nouvelle fonction post-lésion démontre que la plasticité est encore possible dans un environnement en quiescence et peut être exploité afin de développer des stratégies de réparation endogènes dans la moelle épinière. Les CSNs adultes jouent un rôle important dans le maintien des fonctions physiologiques du cerveau sain et dans la réparation neuronale suite à une lésion. Cependant, il y a peu de données sur les mécanismes qui permettent l'activation des CSNs en quiescence permettant de maintenir ces fonctions. L'objectif général est d'élucider les mécanismes sous-jacents à l'activation des CSNs dans le système nerveux central adulte. Pour répondre à cet objectif, nous avons mis en place deux approches complémentaires chez les souris adultes : 1) L'activation des CSNs hippocampales par l'environnement enrichi (EE) et 2) l'activation des CSNs de la moelle épinière par la neuroinflammation suite à une lésion. De plus, 3) afin d’obtenir plus d’information sur les mécanismes moléculaires de ces modèles, nous utiliserons des approches transcriptomiques afin d’ouvrir de nouvelles perspectives. Le premier projet consiste à établir de nouveaux mécanismes cellulaires et moléculaires à travers lesquels l’environnement enrichi module la plasticité du cerveau adulte. Nous avons tout d’abord évalué la contribution de chacune des composantes de l’environnement enrichi à la neurogenèse hippocampale (Chapitre II). L’exercice volontaire promeut la neurogenèse, tandis que le contexte social augmente l’activation neuronale. Par la suite, nous avons déterminé l’effet de ces composantes sur les performances comportementales et sur le transcriptome à l’aide d’un labyrinthe radial à huit bras afin d’évaluer la mémoire spatiale et un test de reconnaissante d’objets nouveaux ainsi qu’un RNA-Seq, respectivement (Chapitre III). Les coureurs ont démontré une mémoire spatiale de rappel à court-terme plus forte, tandis que les souris exposées aux interactions sociales ont eu une plus grande flexibilité cognitive à abandonner leurs anciens souvenirs. Étonnamment, l’analyse du RNA-Seq a permis d’identifier des différences claires dans l’expression des transcripts entre les coureurs de courte et longue distance, en plus des souris sociales (dans l’environnement complexe). iii Le second projet consiste à découvrir comment les cellules épendymaires acquièrent les propriétés des CSNs in vitro ou la multipotence suite aux lésions in vivo (Chapitre IV). Une analyse du RNA-Seq a révélé que le transforming growth factor-β1 (TGF-β1) agit comme un régulateur, en amont des changements significatifs suite à une lésion de la moelle épinière. Nous avons alors confirmé la présence de cette cytokine suite à la lésion et caractérisé son rôle sur la prolifération, différentiation, et survie des cellules initiatrices de neurosphères de la moelle épinière. Nos résultats suggèrent que TGF-β1 régule l’acquisition et l’expression des propriétés de cellules souches sur les cellules épendymaires provenant de la moelle épinière.

Mimicking the behaviour of idiotypic AIS robot controllers using probabilistic systems

Previous work has shown that robot navigation systems that employ an architecture based upon the idiotypic network theory of the immune system have an advantage over control techniques that rely on reinforcement learning only. This is thought to be a result of intelligent behaviour selection on the part of the idiotypic robot. In this paper an attempt is made to imitate idiotypic dynamics by creating controllers that use reinforcement with a number of different probabilistic schemes to select robot behaviour. The aims are to show that the idiotypic system is not merely performing some kind of periodic random behaviour selection, and to try to gain further insight into the processes that govern the idiotypic mechanism. Trials are carried out using simulated Pioneer robots that undertake navigation exercises. Results show that a scheme that boosts the probability of selecting highly-ranked alternative behaviours to 50% during stall conditions comes closest to achieving the properties of the idiotypic system, but remains unable to match it in terms of all round performance.

Modelling reactive and proactive behaviour in simulation

This research investigated the simulation model behaviour of a traditional and combined discrete event as well as agent based simulation models when modelling human reactive and proactive behaviour in human centric complex systems. A departmental store was chosen as human centric complex case study where the operation system of a fitting room in WomensWear department was investigated. We have looked at ways to determine the efficiency of new management policies for the fitting room operation through simulating the reactive and proactive behaviour of staff towards customers. Once development of the simulation models and their verification had been done, we carried out a validation experiment in the form of a sensitivity analysis. Subsequently, we executed a statistical analysis where the mixed reactive and proactive behaviour experimental results were compared with some reactive experimental results from previously published works. Generally, this case study discovered that simple proactive individual behaviour could be modelled in both simulation models. In addition, we found the traditional discrete event model performed similar in the simulation model output compared to the combined discrete event and agent based simulation when modelling similar human behaviour.