Nuclear relaxation contribution to static and dynamic (infinite frequency approximation) nonlinear optical properties by means of electrical property expansions: Application to HF, CH4, CF4, and SF6

Electrical property derivative expressions are presented for the nuclear relaxation contribution to static and dynamic (infinite frequency approximation) nonlinear optical properties. For CF4 and SF6, as opposed to HF and CH4, a term that is quadratic in the vibrational anharmonicity (and not previously evaluated for any molecule) makes an important contribution to the static second vibrational hyperpolarizability of CF4 and SF6. A comparison between calculated and experimental values for the difference between the (anisotropic) Kerr effect and electric field induced second-harmonic generation shows that, at the Hartree-Fock level, the nuclear relaxation/infinite frequency approximation gives the correct trend (in the series CH4, CF4, SF6) but is of the order of 50% too small

Variational calculation of static and dynamic vibrational nonlinear optical properties

The vibrational configuration interaction method used to obtain static vibrational (hyper)polarizabilities is extended to dynamic nonlinear optical properties in the infinite optical frequency approximation. Illustrative calculations are carried out on H2 O and N H3. The former molecule is weakly anharmonic while the latter contains a strongly anharmonic umbrella mode. The effect on vibrational (hyper)polarizabilities due to various truncations of the potential energy and property surfaces involved in the calculation are examined

Electronic couplings and on-site energies for hole transfer in DNA: systematic quantum mechanical/molecular dynamic study

The electron hole transfer (HT) properties of DNA are substantially affected by thermal fluctuations of the π stack structure. Depending on the mutual position of neighboring nucleobases, electronic coupling V may change by several orders of magnitude. In the present paper, we report the results of systematic QM/molecular dynamic (MD) calculations of the electronic couplings and on-site energies for the hole transfer. Based on 15 ns MD trajectories for several DNA oligomers, we calculate the average coupling squares 〈 V2 〉 and the energies of basepair triplets X G+ Y and X A+ Y, where X, Y=G, A, T, and C. For each of the 32 systems, 15 000 conformations separated by 1 ps are considered. The three-state generalized Mulliken-Hush method is used to derive electronic couplings for HT between neighboring basepairs. The adiabatic energies and dipole moment matrix elements are computed within the INDO/S method. We compare the rms values of V with the couplings estimated for the idealized B -DNA structure and show that in several important cases the couplings calculated for the idealized B -DNA structure are considerably underestimated. The rms values for intrastrand couplings G-G, A-A, G-A, and A-G are found to be similar, ∼0.07 eV, while the interstrand couplings are quite different. The energies of hole states G+ and A+ in the stack depend on the nature of the neighboring pairs. The X G+ Y are by 0.5 eV more stable than X A+ Y. The thermal fluctuations of the DNA structure facilitate the HT process from guanine to adenine. The tabulated couplings and on-site energies can be used as reference parameters in theoretical and computational studies of HT processes in DNA

Principal components of functional connectivity: A new approach to study dynamic brain connectivity during rest.

Functional connectivity (FC) as measured by correlation between fMRI BOLD time courses of distinct brain regions has revealed meaningful organization of spontaneous fluctuations in the resting brain. However, an increasing amount of evidence points to non-stationarity of FC; i.e., FC dynamically changes over time reflecting additional and rich information about brain organization, but representing new challenges for analysis and interpretation. Here, we propose a data-driven approach based on principal component analysis (PCA) to reveal hidden patterns of coherent FC dynamics across multiple subjects. We demonstrate the feasibility and relevance of this new approach by examining the differences in dynamic FC between 13 healthy control subjects and 15 minimally disabled relapse-remitting multiple sclerosis patients. We estimated whole-brain dynamic FC of regionally-averaged BOLD activity using sliding time windows. We then used PCA to identify FC patterns, termed "eigenconnectivities", that reflect meaningful patterns in FC fluctuations. We then assessed the contributions of these patterns to the dynamic FC at any given time point and identified a network of connections centered on the default-mode network with altered contribution in patients. Our results complement traditional stationary analyses, and reveal novel insights into brain connectivity dynamics and their modulation in a neurodegenerative disease.

Dynamic regulation of notch 1 and notch 2 surface expression during T cell development and activation revealed by novel monoclonal antibodies.

It is well established that Notch signaling plays a critical role at multiple stages of T cell development and activation. However, detailed analysis of the cellular and molecular events associated with Notch signaling in T cells is hampered by the lack of reagents that can unambiguously measure cell surface Notch receptor expression. Using novel rat mAbs directed against the extracellular domains of Notch1 and Notch2, we find that Notch1 is already highly expressed on common lymphoid precursors in the bone marrow and remains at high levels during intrathymic maturation of CD4(-)CD8(-) thymocytes. Notch1 is progressively down-regulated at the CD4(+)CD8(+) and mature CD4(+) or CD8(+) thymic stages and is expressed at low levels on peripheral T cells. Immunofluorescence staining of thymus cryosections further revealed a localization of Notch1(+)CD25(-) cells adjacent to the thymus capsule. Notch1 was up-regulated on peripheral T cells following activation in vitro with anti-CD3 mAbs or infection in vivo with lymphocytic chorio-meningitis virus or Leishmania major. In contrast to Notch1, Notch2 was expressed at intermediate levels on common lymphoid precursors and CD117(+) early intrathymic subsets, but disappeared completely at subsequent stages of T cell development. However, transient up-regulation of Notch2 was also observed on peripheral T cells following anti-CD3 stimulation. Collectively our novel mAbs reveal a dynamic regulation of Notch1 and Notch2 surface expression during T cell development and activation. Furthermore they provide an important resource for future analysis of Notch receptors in various tissues including the hematopoietic system.

New Radicals and new applications of Dynamic Nuclear Polarization of biological systems

Dynamic Nuclear Polarization (DNP) is an emerging technique that could revolutionize the NMR study of small molecules at very low concentrations by the increase in sensitivity that results from transfer of polarization between electronic and nuclear spins. Although the underlying physics has been known for a long time, in the last few years there has been a lot of excitement on the chemistry and biology NMR community caused by the demonstration that the highly polarized nuclei that are prepared in solid state at very low temperatures (1-2 K) could be rapidly transferred to liquid samples at room temperature and studied in solution by conventional NMR techniques. In favorable cases several order of magnitude increases in sensitivity have been achieved. The technique is now mature enough that a commercial instrument is available. The efficiency of DNP depends on two crucial aspects: i) the efficiency of the nuclear polarization process and ii) the efficiency of the transfer from the initial solid state to the fluid state in which NMR is measured. The preferred areas of application (iii) will be dictated by situations in which the low concentration of the sample or its intrinsic low receptivity are the limiting factors .

Developing methodologies to allow the robust prediction dynamic context dominated by perturbations

El principal objectiu del projecte era desenvolupar millores conceptuals i metodològiques que permetessin una millor predicció dels canvis en la distribució de les espècies (a una escala de paisatge) derivats de canvis ambientals en un context dominat per pertorbacions. En un primer estudi, vàrem comparar l'eficàcia de diferents models dinàmics per a predir la distribució de l'hortolà (Emberiza hortulana). Els nostres resultats indiquen que un model híbrid que combini canvis en la qualitat de l'hàbitat, derivats de canvis en el paisatge, amb un model poblacional espacialment explícit és una aproximació adequada per abordar canvis en la distribució d'espècies en contextos de dinàmica ambiental elevada i una capacitat de dispersió limitada de l'espècie objectiu. En un segon estudi abordarem la calibració mitjançant dades de seguiment de models de distribució dinàmics per a 12 espècies amb preferència per hàbitats oberts. Entre les conclusions extretes destaquem: (1) la necessitat de que les dades de seguiment abarquin aquelles àrees on es produeixen els canvis de qualitat; (2) el biaix que es produeix en la estimació dels paràmetres del model d'ocupació quan la hipòtesi de canvi de paisatge o el model de qualitat d'hàbitat són incorrectes. En el darrer treball estudiarem el possible impacte en 67 espècies d’ocells de diferents règims d’incendis, definits a partir de combinacions de nivells de canvi climàtic (portant a un augment esperat de la mida i freqüència d’incendis forestals), i eficiència d’extinció per part dels bombers. Segons els resultats dels nostres models, la combinació de factors antropogènics del regim d’incendis, tals com l’abandonament rural i l’extinció, poden ser més determinants per als canvis de distribució que els efectes derivats del canvi climàtic. Els productes generats inclouen tres publicacions científiques, una pàgina web amb resultats del projecte i una llibreria per a l'entorn estadístic R.

Kinetics of crystal growth and equilibrium domains in eclogite of the Sesia Zone, Western Alps

Kinetics of crystal growth and equilibrium domains in eclogite of the Sesia Zone, Western Alps Darbellay Bastien Institut de Minéralogie et Géochimie Résumé grand public Comme toute matière, la roche est sensible à son environnement et cherche à s'adapter pour acquérir un état stable (état d'équilibre). Les changements des conditions physiques (température et pression) vont ainsi impliquer des modifications dans la roche. Le métamorphisme est l'étude de ces changements. Les minéraux qui constituent la roche peuvent modifier, leur structure, leur chimie ou être remplacer par d'autres minéraux plus stables. Il est ainsi crucial de déterminer les processus responsables et limitant de la croissance minérale. Trois processus permettent la croissance ; (1) la dissolution des éléments du réactant, (2) le transport de ces éléments vers le site de croissance, (3) l'incorporation de ces éléments dans la nouvelle structure. Cette thèse se focalise sur les structures des minéraux de haute pression (forme, zonation chimique, structure interne) pour essayer de déterminer les facteurs importants à l'origine de leur état final. Les zones d'étude se situent dans la zone de Sésia. La première partie traite de la problématique liée à l'incorporation d'un élément dans une structure minérale. A l'image de la croissance humaine, les irrégularités minéralogiques permettent de mettre en lumière un dysfonctionnement de la croissance due à un excès ou à une carence d'un élément. Bien dosé, cet élément est cependant essentiel à la croissance. Les zoisites (épidotes) des métabasites de la région de Cima di Bonze montrent une zonation chimique en sablier. Dans cette zonation la teneur en fer excède la capacité maximum que peut contenir la structure orthorhombique de la zoisite. Des défauts de structure permettent l'accommodation de cet excès. La zoisite peut ainsi adapter sa structure pour permettre l'incorporation d'une relativement grande quantité de fer. Les études précédentes montraient, pour des conditions similaires, la formation de deux épidotes distinctes. La deuxième partie se penche sur la compétition entre le minéral qui fait sa croissance et les minéraux (réactants) qui l'entourent. Les métapélites de la région du Monte Mucrone contiennent des grenats atollaires. Des études détaillées de la texture et de la zonation chimique du grenat ainsi qu'une modélisation thermodynamique ont permis de mieux cerner les facteurs importants responsables de la forme atollaire. Cette structure est obtenue par un changement du comportement de la croissance du grenat le long d'un chemin P-T hercynien. Dans un premier stade, le grenat croît rapidement et consume peu le quartz de la matrice. La croissance se fait ainsi le long des jointures des grains de quartz. Dans un second temps, les changements de conditions PT donnent une croissance lente du grenat et une forte consommation du quartz. Le grenat peut ainsi développer sa forme dodécaédrale classique. La troisième partie s'intéresse aux distances de transport par diffusion d'un élément (ici l'argon) durant la haute pression. Pour ce faire, un profile d'âges 40Ar/39Ar sur biotite a été mesuré depuis un veine de haute pression riche en argon jusque dans son encaissant (granitoïd du Monte Mucrone). Le profile montre une répartition des âges suivant une courbe de diffusion. Le transport se fait sur une longueur de deux centimètre avec l'aide d'un fluide. Il est réduit à une échelle millimétrique quand la phase fluide disparaît. Cette étude montre ainsi les difficultés de transport des éléments durant la haute pression ne permettant pas un rééquilibrage de la roche à grande échelle. Kinetics of crystal growth and equilibrium domains in eclogite of the Sesia Zone, Western Alps Darbellay Bastien Institut de Minéralogie et Géochimie Résumé de thèse Les processus de croissance (diffusion des éléments et les réactions d'interface) et les conditions dans lesquelles les minéraux grandissent (température, pression, fluide, composition chimique de la roche), déterminent la texture ainsi que la zonation des minéraux. Cette thèse se focalise, par le biais de textures peu communes, sur trois différents processus impliqués dans la croissance minérale à haute pression (Zone de Sésia, Alpes de l'Ouest, Italie). L'incorporation d'un élément dans une structure minérale ne peut se faire que dans des sites en accord avec la taille et la charge ionique de l'élément. De plus, la balance de charge doit être maintenue dans le minéral. La régularité de la structure cristalline fixe ainsi une limite maximum de concentration d'un élément donné. Les zoisites provenant des métabasites de la région de Cima di Bonze montrent des zonations en sablier caractérisées par une concentration anormale en fer. La zonation se marque par une différente teinte de biréfringence et par un plus grand angle d'extinction que le reste de la zoisite. Une inter-croissance de clinozoisite à l'intérieur de la structure orthorhombique de la zoisite peut ainsi être suspectée. Les analyses XRD (diffraction des rayons x) ainsi que les analyses Raman ne confirment pas cette suspicion. Seules les analyses TEM (microscope à électrons transmis) montrent des défauts de structure pouvant être interprétés comme des modules de clinozoisite. Ils ne peuvent cependant pas être considérés comme une phase thermodynamique. Un nouveau trou d'immiscibilité entre deux zoisite (X ep= 0.1 and Xep = 0.15) a ainsi pu être établi. Dans les métapélites la région du Monte Mucrone, des grenats fortement zonés montrent une évolution texturale singulière. Ils présentent une forme initiale de `champignon' qui se développe pour former une structure atollaire finale. L'étude conjuguée de la structure 3D et des zonations, ainsi que l'établissement d'un model thermodynamique, indiquent que ces structures proviennent de deux épisodes de croissances : (1) La croissance du grenat durant un chemin prograde hercynien (de 525 °C et 6.2 kbar à 640 °C et 9 kbar) permet la formation des textures atollaires. Elles sont le résultat d'une croissance poecilitique initiale suivie d'une croissance idiomorphique du grenat. (2) La structure est rendue plus complexe par la cristallisation d'un grenat homogène tout autour ainsi qu'à l'intérieur du grenat hercynien durant la haute pression alpine (550 °C and 20 kbar). L'arrivée de l'eau durant la haute pression facilite le transport d'éléments et permet une cristallisation rapide du grenat. La diffusion peut être un facteur limitant de la croissance minéralogique. Elle a aussi une grande importance pour la géochronologie. Une veine de haute pression à l'intérieur du granitoïde du Monte Mucrone a été étudiée dans le but de déterminer la distance de diffusion de l'argon. Le profile d'âges 40Ar/39Ar sur biotites, établi de la veine vers le métagranitoïde, suit une courbe de diffusion. Les âges sont élevés proche de la veine (800 Ma) puis décroissent jusqu'à des âges homogènes (170-150 Ma) à deux centimètres de la veine. La présence de fluide, marqué par de hautes concentrations en chlore, permet une diffusion centimétrique. Cependant, la distance est réduite à une échelle millimétrique quand le fluide est absent. Les très faibles distances de diffusion préservent les âges pré-alpins et impliquent un événement géologique pour les âges de 170-150 Ma. Kinetics of crystal growth and equilibrium domains in eclogite of the Sesia Zone, Western Alps Darbellay Bastien Institut de Minéralogie et Géochimie Thesis abstract Rock textures and zonings are the consequence of growth processes (element diffusion and interface reaction) steered by the environment in which they grew (pressure, differential stress, temperature, fluid and rock composition). The thesis presented here focuses on three different topics, each of it dealing with aspects of mineral growth processes during subduction, in a high-pressure environment. All studies were conducted in the Sesia Zone of the Western European Alps, Italy. The first study addresses the crystallography and geochemistry of element incorporation in zoisite, one of the major hydrous minerals found in subduction zone rocks. Elements can be incorporated into a mineral structure only on crystallographic sites that offer enough space for the ion and the overall charge balance has to be maintained. Element concentrations are hence limited. Incorporation of some elements produces complex zoning, including hourglass like patterns, which are the focus of the first contribution. Zoisites from Cima di Bonze (Sesia Zone) show spectacular hourglass zoning defined by Fe-content variations. The hourglass zones have a distinct birefringence and a different extinction angle than the regular part of the zoisite. We show by detailed XRD (X-ray diffraction) and confocal Raman analyses that the high Fe-zones are nevertheless zoisite, and not clinozoisite as one might expect. High resolution TEM (transmission electron microscopy) analyses show planar defects on (100) that can be interpreted as small-scale clinozoisite modules. However, these clinozoisites cannot be interpreted as a distinctive thermodynamic phase and the entire mineral has to be considered as zoisite. The miscibility gap between two zoisites (Xep = 0.1 and Xep = 0.15) can be then definite at 550 ± 50°C and 14 to 20 Kbar. Strongly zoned garnets in quartz rich metapelite from the Monte Mucrone area (Sesia Zone) show evolution form 3D mushroom to atoll structure. The second contribution presents textural investigations, garnet zoning and thermodynamic modeling that demonstrate that atoll garnets are the result of two distinctive growth events. (1) Garnet atoll structure is already formed during a prograde Hercynian path from 525 °C and 6.2 kbar to 640 °C and 9 kbar. It results in an initial poikilitic growth followed by a final idiomorphic growth event. (2) Alpine HP garnet are homogenous (550 °C and 20 kbar) and grew around and also inside the Hercynian garnet. Lack of prograde Alpine garnet and fast growth of the HP garnet is explained by the absence of water during much of the prograde path. Water saturation was only observed towards the end, close towards the peak metamorphic conditions. Diffusion could be a limiting factor for crystal growth. It has also a great importance in geochronology. HP vein inside the metagranitoide of the Monte Mucrone (~300 Ma) was investigated to determine argon diffusion scales during high-pressure metamorphism. 40Ar/39Ar biotite ages profile from the vein toward the metagranodiorite show a diffusion curve: old ages (800 Ma) located close to the vein decrease until homogenous 170-150 Ma ages are obtained, two centimeter away from the vein. Centimeter-scale diffusion occurs with help of a fluid phase marked by high chlorine concentrations. Argon diffusion is reduced to a millimeter scale when free fluid is absent. Very short diffusion distance permits to preserve pre-Alpine ages. The 170-150 Ma ages are considered to be geologic meaningful, probably resulting from the extensional tectonics linked to opening of the Tethian ocean.

Assembling genes from predicted exons in linear time with dynamic programming

In a number of programs for gene structure prediction in higher eukaryotic genomic sequences, exon prediction is decoupled from gene assembly: a large pool of candidate exons is predicted and scored from features located in the query DNA sequence, and candidate genes are assembled from such a pool as sequences of nonoverlapping frame-compatible exons. Genes are scored as a function of the scores of the assembled exons, and the highest scoring candidate gene is assumed to be the most likely gene encoded by the query DNA sequence. Considering additive gene scoring functions, currently available algorithms to determine such a highest scoring candidate gene run in time proportional to the square of the number of predicted exons. Here, we present an algorithm whose running time grows only linearly with the size of the set of predicted exons. Polynomial algorithms rely on the fact that, while scanning the set of predicted exons, the highest scoring gene ending in a given exon can be obtained by appending the exon to the highest scoring among the highest scoring genes ending at each compatible preceding exon. The algorithm here relies on the simple fact that such highest scoring gene can be stored and updated. This requires scanning the set of predicted exons simultaneously by increasing acceptor and donor position. On the other hand, the algorithm described here does not assume an underlying gene structure model. Indeed, the definition of valid gene structures is externally defined in the so-called Gene Model. The Gene Model specifies simply which gene features are allowed immediately upstream which other gene features in valid gene structures. This allows for great flexibility in formulating the gene identification problem. In particular it allows for multiple-gene two-strand predictions and for considering gene features other than coding exons (such as promoter elements) in valid gene structures.

Feeding and the Equilibrium Feeder Animal Price-Weight Schedule, June 2005

The feeder animal price is a derivative in the sense that its value depends upon the price of animals for the consumption market. It also depends upon the biological growth technology and feed costs. Daily maintenance costs are of particular interest to the husbander because they can be avoided through accelerated feeding. In this paper, the optimal feeding path under equilibrium feeder animal prices is established. This analysis is used to gain a better understanding of feeding decisions, regulation in feedstuff markets, and the consequences of genetic innovations. It is shown that days on feed can increase or decrease with a genetic innovation or other improvement in feed conversion efficiency. The structure of comparative prices for feeder animals at different weights, the early slaughter decision, and equilibrium in feeder animal markets are also developed. Feeder animal prices can increase over a weight interval if biological feed efficiency parameters are low over the interval.

Introduced ants in Galápagos (Floreana Island) : importance of competition, coexistence and agressive behaviors

Abstract Invasive species represent with fragmentation of habitat the most serious threats to biodiversity in the world. Galápagos Archipelago, as most oceanic islands, suffers a high rate of introduced animals and plants that affect equilibrium and biodiversity of this unique biota. Ants rank among the most devastating invaders. Their social organization confer them a high ability to adapt and to spread in new environments forming rapidly populous communities. We studied the ant community of Floreana Island composed mainly of introduced species (at least 1 S). Introduction events occurred successively during last century. The last record is Monomorium destructor arrived in the eighties. Our aim is to investigate the modalities of interaction and coexistence of these introduced species. We highlighted the competition hierarchy of the coexisting species using attractive food baits. Two species behave as competitively dominant by monopolizing an important part of resources. They are M. destructor restricted to a small area and the fire ant Solenopsis geminata widely distributed on the island. Then we evaluated the relative importance of abiotic factors and interspecific competition in structuring the community. Ecological data were collected and presence and abundance of species were estimated using different methods in a wide range of habitats. Several species showed preferences either for arid or for humid areas. The little fire ant Wasmannia auropunctata, awell-known devastating species when introduced, was exclusively found in moist habitat in and around the agricultural area situated in the upper and central part of thé island. It coexists with other species in several parts but in a restricted perimeter it excludes all other ants and worker's density on the ground is nearly 70 times higher than ant's density in similar habitats occupied by several species. But most opportunist tramp species establish everywhere without particular ecological requirement. Analyses of species co-occurrences at various levels didn't reveal any marked effect of competition in structuring ant's assemblages. We supposed that the lack ofcompetition-derived structure has to be attributed to the dynamic of the system. Indeed, across the successive census of 1996, 2003, 2004 and 2005, species distributions and abundances appeared to be highly variables. In particular harsh conditions occurring in dry season in certain parts seem to be limiting to S. geminatai. We suggest that huge variations in the local distribution of the dominant S. geminata disrupt the community organization. Finally we conducted artificial ant confrontations to evaluate to what extend an aggressive behavior at the worker level maybe linked to the ecological success of a species on the island. S. geminata was rather indifferent when confronted to a submissive species on food sources, suggesting that its competitive dominance is largely due to a numerical superiority. On the other hand M. destructor exhibits a strong agonistic behavior in similar confrontations. As soon as the presence of a competitor is detected, most workers were observed to abandon foraging and to take part in physical aggressions. Since it is still restricted nearby its introduction spot two decades after its arrival, we suggest that the energetic cost of such an aggressive behavior prevent it to spread on that island already highly colonized. Dominant invasive species such as the fire ants S. geminata and W. auropunctata have negative impacts on Galápagos fauna, disturbing the hatching of land tortoises and birds. But very little is known about the impact of other exotic ants. Indeed, impact on arthropods and generally on ground-dwelling organisms is very diffcult to evaluate. As a consequence of the dynamic character of Floreana I. ant community it is difficult to build models or to málce predictions on evolution of introduced ant fauna. But Camponotus macilentus, an abundant endemic species seems today to be little affected by introduced ant species thanks to its strong interference competition ability and its preference for arid and harsh environments. Résumé Les espèces envahissantes représentent, avec la fragmentation du paysage, la plus grande menace pour la biodiversité. L'archipel des Galápagos, comme la plupart des îles du Pacifique, compte un grand nombre d'espèces introduites qui menacent la biodiversité de ce milieu unique.. Les fourmis sont parmi les envahisseurs les plus dévastateurs. Leur organisation sociale leur permet de s'adapter et de se propager pour devenir rapidement abondantes. Nous avons étudié la communauté de fourmis sur l'île de Floreana principalement composée d'espèces introduites (au moins 15). Les introductions se sont succédées au cours du siècle précédent. La dernière espèce recensée est Monomorium destructor introduite dans les années 80. Notre objectif est de mettre à jour les modalités des interactions et de la coexistence de ces espèces introduites. Nous avons mis en évidence la hiérarchie de compétition des différentes espèces à l'aide d'appâts de nourriture. Deux espèces se comportent de façon dominante en monopolisant une part importante des ressources. Ce sont M. destructor, restreintes à un petit périmètre, et la fourmi de feu Solenopsis geminata, largement distribuée sur l'île. Nous avons évalué l'importance relative des facteurs abiotiques et de la compétition interspécifique dans la structuration des peuplements. Des données écologiques ont été collectées et la présence et l'abondance des espèces ont été estimées à l'aide de trois méthodes au sein d'une grande diversité d'habitats. Plusieurs espèces .montrent des préférences soit pour les milieux humides, soit pour les milieux arides. La petite fourmi de feu Wasmannia auropunctata, une espèce connue pour être dévastatrice dans ses sites d'introduction, est présente exclusivement dans les habitats humides dans et à proximité de la zone agricole située dans la partie centrale de l'île. Elle coexiste en plusieurs points avec d'autres espèces mais au sein d'un périmètre restreint elle exclut toute autre fourmi et atteint des densités record au sol presque 70 fois supérieures aux densités de fourmis observées sur les sites voisins occupés par plusieurs espèces. Mais la plupart des espèces vagabondes opportunistes s'établissent partout sans exigences écologiques particulières. Des analyses de cooccurrence d'espèces à plusieurs niveaux n'ont pas révélé de rôle marqué de la compétition dans la structuration des communautés. Nous supposons que l'absence d'une telle structure doit être attribuée à la dynamique du système. En effet, au cours des différents recensements de 1996-1997, 2003, 2004 et 2005, la distribution et l'abondance des espèces était très variable. En particulier, les conditions rudes qui règnent dans la zone aride durant la saison sèche semblent affecter particulièrement S. geminata. Nous suggérons que de fortes variations dans la distribution de l'espèce dominante perturbent l'orgaiùsation des communautés. Finalement nous avons effectué des confrontations artificielles pour évaluer dans quelle mesure un comportement agressif au niveau de l'ouvrière peut être lié au succès écologique d'une espèce sur l'île. S. geminata montre très peu de réaction face à une espèce subordonnée sur une même source de nourriture, ce qui laisse supposer que sa dominance est largement due à sa supériorité numérique. Par contre, dans des conditions similaires, M. destructor est fortement agressive. En présence d'un compétiteur, la plupart des ouvrières renoncent très vite à leur activité de fourragement pour agresser les individus de l'autre espèce. Puisque deux décennies après son introduction elle est toujours confinée à son point d'arrivée, nous supposons que le coût en énergie et en ouvrières de ce comportement très agressif est un obstacle à son expansion sur cette île déjà fortement colonisée. Les espèces envahissantes dominantes comme les fourmis de feu S. geminata et W. auropunctata sont connues pour leur impact négatif sur la faune des Galápagos, entre autre sur les jeunes des tortues terrestres et des oiseaux. Mais nous savons très peu de choses sur l'impact des autres espèces de fourmis introduites. En effet, l'impact sur les arthropodes, et plus généralement sur la faune du sol, est très difficile à évaluer. En raison du caractère dynamique de la communauté de fourmi de Floreana, il est difficile de construire des modèles et de faire des prédictions sur l'évolution des peuplements de fourmis introduites. Mais Camponotus macilentus, une espèce endémique abondante, semble aujourd'hui peu affectée par les espèces introduites grâce à ses capacités de compétition par interférence et sa préférence pour les milieux arides. Resumen Las, especies invasoras representan, junto con la fragmentación del paisaje, la mayor amenaza para la biodiversidad. El archipiélago de Galápagos, como la mayoría de las islas del Pacífico, cuenta con un gran número de especies introducidas que amenazan la biodiversidad de este lugar único. Las hormigas son uno de los invasores más devastadores. Su organización social les permite adaptarse y propagarse para ser rápidamente abundante. Estudiamos la comunidad de hormigas de la isla Floreana principalmente compuesta de especies introducidas (al menos 15). Las introducciones se sucedieron durante el siglo anterior. La última especie contabilizada es Monomorium destructor introducida en los años 80. Nuestro objetivo es poner al día las modalidades de las interacciones y de la coexistencia de estas especies introducidas. Pusimos de relieve la jerarquía de competencia de las distintas especies con ayuda de cebos de comida. Dos especies se implican de manera dominante monopolizando una parte importante de los recursos. Son M. destructor, limitado a un pequeño perímetro, y la hormiga de fuego Solenopsis geminata; ampliamente distribuida por la isla. Evaluamos la importancia relativa de los factores abióticos y de la competencia interespecífica en la estructuración de la communidad. Se recogieron algunos datos ecológicos y se consideraron la presencia y la abundancia de las especies con ayuda de tres métodos en una gran diversidad de hábitats. Varias especies muestran preferencias o por los medios húmedos, o por los medios áridos. La pequeña hormiga de fuego Wasmannia auropunctata, una especie conocida por ser devastadora en sus lugares de introducción, está presente exclusivamente en los hábitats húmedos y cerca de la zona agrícola situada en la parte central de la isla. Coexiste en varios puntos con otras especies pero en un perímetro limitado excluye a cualquier otra hormiga y alcanza densidades en el suelo casi 70 veces superiores a las densidades de hormigas observadas en los lugares vecinos ocupados por varias especies. Pero la mayoría de las especies vagabundas oportunistas se establecen por todas partes sin exigencias ecológicas particulares. Análisis de cooccurrencía de las especies a varios niveles no revelaron una grande importancía de la competencia en la estructuración de las comunidades. Suponemos que la ausencia de tal estructura Bebé ser por la dinámica del sistema. Efectivamente, durante los distintos censos de 1996-1997, 2003,.2004 y 2005, la distribución ? la abundancia de las especies eran muy variables. En particular, las condiciones drásticas que reinan en la zona árida durante la temporada seca parecen afectar especialmente a S. geminata. Sugerimos que fuertes variaciones en la distribución de la especie dominante perturben la organización de las comunidades. Finalmente efectuamos confrontaciones artificiales para evaluar hastá que punto un comportamiento agresivo a nivel de la obrera puede explicar el éxito ecológico de una especie en la isla. S. geminata muestra muy poca reacción ante una especie subordinada mientras comparten la misma comida, lo que deja suponer que su dominancia se debe a su superioridad numérica. Por el contrario, en condiciones similares, M. destructor es muy agresivo. En presencia de otra especie, la mayóría de las obreras renuncian muy rápidamente a alimentarse para atacar a los individuos de la otra especie. Puesto que dos décadas después de su introducción todavía se confina en su punto de llegada, suponemos que el coste en energía y en obreras de este comportamiento muy agresivo es un obstáculo a su extensión en esta isla ya muy colonizada. Las especiés invasoras dominantes como las hormigas de fuego S. geminata y W. auropunctata son conocidas por su impacto negativo en la fauna de Galápagos, entre otras cosas sobre los juveniles de las tortugas terrestres y pájaros. Pero sabemos muy poco sobre el impacto de las otras especies de hormigas introducidas. Efectivamente es muy difïcil de evaluar el impacto en los artrópodos, y más generalmente en la fauna del suelo. Debido al carácter dinámico de la comunidad de hormiga de Floreana, es diEcil construir modelos y hacer predicciones sobre la evolución de las poblaciones de hormigas introducidas. Pero Camponotus macilentus, una especie endémica abundante, parece poco afectadá hoy por las especies introducidas gracias a sus capacidades de competencia por interferencia y su preferencia por los medios áridos.

Dynamic estimation of three-dimensional cerebrovascular deformation from rotational angiography

Purpose: The objective of this study is to investigate the feasibility of detecting and quantifying 3D cerebrovascular wall motion from a single 3D rotational x-ray angiography (3DRA) acquisition within a clinically acceptable time and computing from the estimated motion field for the further biomechanical modeling of the cerebrovascular wall. Methods: The whole motion cycle of the cerebral vasculature is modeled using a 4D B-spline transformation, which is estimated from a 4D to 2D + t image registration framework. The registration is performed by optimizing a single similarity metric between the entire 2D + t measured projection sequence and the corresponding forward projections of the deformed volume at their exact time instants. The joint use of two acceleration strategies, together with their implementation on graphics processing units, is also proposed so as to reach computation times close to clinical requirements. For further characterizing vessel wall properties, an approximation of the wall thickness changes is obtained through a strain calculation. Results: Evaluation on in silico and in vitro pulsating phantom aneurysms demonstrated an accurate estimation of wall motion curves. In general, the error was below 10% of the maximum pulsation, even in the situation when substantial inhomogeneous intensity pattern was present. Experiments on in vivo data provided realistic aneurysm and vessel wall motion estimates, whereas in regions where motion was neither visible nor anatomically possible, no motion was detected. The use of the acceleration strategies enabled completing the estimation process for one entire cycle in 5-10 min without degrading the overall performance. The strain map extracted from our motion estimation provided a realistic deformation measure of the vessel wall. Conclusions: The authors' technique has demonstrated that it can provide accurate and robust 4D estimates of cerebrovascular wall motion within a clinically acceptable time, although it has to be applied to a larger patient population prior to possible wide application to routine endovascular procedures. In particular, for the first time, this feasibility study has shown that in vivo cerebrovascular motion can be obtained intraprocedurally from a 3DRA acquisition. Results have also shown the potential of performing strain analysis using this imaging modality, thus making possible for the future modeling of biomechanical properties of the vascular wall.

Multiuser detection in a dynamic environment — Part II: Joint user identification and parameter estimation

The problem of jointly estimating the number, the identities, and the data of active users in a time-varying multiuser environment was examined in a companion paper (IEEE Trans. Information Theory, vol. 53, no. 9, September 2007), at whose core was the use of the theory of finite random sets on countable spaces. Here we extend that theory to encompass the more general problem of estimating unknown continuous parameters of the active-user signals. This problem is solved here by applying the theory of random finite sets constructed on hybrid spaces. We doso deriving Bayesian recursions that describe the evolution withtime of a posteriori densities of the unknown parameters and data.Unlike in the above cited paper, wherein one could evaluate theexact multiuser set posterior density, here the continuous-parameter Bayesian recursions do not admit closed-form expressions. To circumvent this difficulty, we develop numerical approximationsfor the receivers that are based on Sequential Monte Carlo (SMC)methods (“particle filtering”). Simulation results, referring to acode-divisin multiple-access (CDMA) system, are presented toillustrate the theory.

Stochastic Dynamic Northern Corn Rootworm Population Model, January 2000

A complete life cycle model for northern corn rootworm, Diabrotica barberi Smith and Lawrence, is developed using a published single-season model of adult population dynamics and data from field experiments. Temperature-dependent development and age-dependent advancement determine adult population dynamics and oviposition, while a simple stochastic hatch and density-dependent larval survival model determine adult emergence. Dispersal is not modeled. To evaluate the long-run performance of the model, stochastically generated daily air and soil temperatures are used for 100-year simulations for a variety of corn planting and flowering dates in Ithaca, NY, and Brookings, SD. Once the model is corrected for a bias in oviposition, model predictions for both locations are consistent with anecdotal field data. Extinctions still occur, but these may be consistent with northern corn rootworm metapopulation dynamics.

Large-system analysis of a CDMA dynamic channel under a Markovian input process

We study the minimum mean square error (MMSE) and the multiuser efficiency η of large dynamic multiple access communication systems in which optimal multiuser detection is performed at the receiver as the number and the identities of active users is allowed to change at each transmission time. The system dynamics are ruled by a Markov model describing the evolution of the channel occupancy and a large-system analysis is performed when the number of observations grow large. Starting on the equivalent scalar channel and the fixed-point equation tying multiuser efficiency and MMSE, we extend it to the case of a dynamic channel, and derive lower and upper bounds for the MMSE (and, thus, for η as well) holding true in the limit of large signal–to–noise ratios and increasingly large observation time T.