Modulation de l'activité de structures cérébrales sous-corticales par optogénétique

L’optogénétique est une technique prometteuse pour la modulation de l’activité neuronale. Par l’insertion d’une opsine microbienne dans la membrane plasmique de neurones et par son activation photonique, il devient possible de réguler l’activité neuronale avec une grande résolution temporelle et spatiale. Beaucoup de travaux ont été faits pour caractériser et synthétiser de nouvelles opsines. Ainsi, plusieurs variétés d’opsines sont désormais disponibles, chacune présentant des cinétiques et sensibilités à des longueurs d’onde différentes. En effet, il existe des constructions optogénétiques permettant de moduler à la hausse ou à la baisse l’activité neuronale, telles la channelrhodopsine-2 (ChR2) ou la halorhodopsine (NpHR), respectivement. Les promesses de cette technologie incluent le potentiel de stimuler une région restreinte du cerveau, et ce, de façon réversible. Toutefois, peu d’applications en ce sens ont été réalisées, cette technique étant limitée par l’absorption et la diffusion de la lumière dans les tissus. Ce mémoire présente la conception d’une fibre optique illuminant à un angle de 90° à sa sortie, capable de guider la lumière à des structures bien précises dans le système nerveux central. Nous avons conduit des tests in vivo dans le système visuel de souris transgéniques exprimant la ChR2 dans l’ensemble du système nerveux central. Dans le système visuel, les signaux rétiniens sont conduits au corps genouillé latéral (CGL) avant d’être relayés au cortex visuel primaire (V1). Pour valider la capacité de mon montage optogénétique à stimuler spécifiquement une sous-population de neurones, nous avons tiré profit de l’organisation rétinotopique existant dans le système visuel. En stimulant optogénétiquement le CGL et en tournant la fibre optique sur elle-même à l’aide d’un moteur, il devient possible de stimuler séquentiellement différentes portions de cette structure thalamique et conséquemment, différentes représentations du champ visuel. L’activation des projections thalamiques sera enregistrée au niveau de l’aire V1 à l’aide de l’imagerie optique intrinsèque, une technique qui permet d’imager les variations de la concentration d’oxygène et du volume sanguin dans le tissu neuronal, sur une grande surface corticale. Comme l’organisation rétinotopique est maintenue au niveau de l’aire V1, l’espace activé au niveau du cortex révèlera l’étendue spatiale de notre stimulation optogénétique du CGL. Les expériences in vivo démontrèrent qu’en déplaçant la fibre optique dans le CGL, il nous était possible de stimuler différents sous- ensembles de neurones dans cette structure thalamique. En conclusion, cette étude montre notre capacité à développer un système à base de fibre optique capable de stimuler optogénétiquement une population de neurone avec une grande précision spatiale.

Principe de finalité, protection des renseignements personnels et secteur public : étude sur la gouvernance des structures en réseau

Thèse réalisée en cotutelle avec l'Université de Montréal et l'Université Panthéon-Assas Paris II

Calculs ab initio de structures électroniques pour un meilleur design de polymères photovoltaïques

La présente thèse porte sur l'utilité de la théorie de la fonctionnelle de la densité dans le design de polymères pour applications photovoltaïques. L'étude porte d'abord sur le rôle des calculs théoriques pour la caractérisation des polymères dans le cadre de collaborations entre la théorie et l'expérience. La stabilité et les niveaux énergétiques de certaines molécules organiques sont étudiés avant et après la sulfuration de leurs groupements carbonyles, un procédé destiné à diminuer le band gap. Les propriétés de dynamique électronique, de séparation des porteurs de charges et de spectres de vibrations Raman sont également explorées dans un polymère à base de polycarbazole. Par la suite, l'utilité des calculs théoriques dans le design de polymères avant leurs synthèses est considérée. La théorie de la fonctionnelle de la densité est étudiée dans le cadre du modèle de Scharber afin de prédire l'efficacité des cellules solaires organiques. Une nouvelle méthode de design de polymères à faible band gaps, basée sur la forme structurale aromatique ou quinoide est également présentée, dont l'efficacité surpasse l'approche actuelle de donneur-accepteur. Ces études sont mises à profit dans l'exploration de l'espace moléculaire et plusieurs candidats de polymères aux propriétés électroniques intéressantes sont présentés.

Montréal : une planification climatique influencée par des structures administratives complexes

Au courant des dernières décennies, l’intégration de la question des changements climatiques à l’intérieur des politiques publiques montréalaises s'est fait graduellement. L’importance de lutter et de s’adapter au réchauffement climatique s'effectua de pair avec l’émergence du développement durable. La stratégie climatique de Montréal se développa au courant des deux dernières décennies. Durant cette période, deux importantes réformes modifièrent la structure politique québécoise. Les bouleversements occasionnés par les fusions municipales et les défusions laissèrent des traces sur les pouvoirs et le territoire présent sous la juridiction de la ville de Montréal, influençant ainsi les actions pouvant être posées par cette dernière dans la lutte aux changements climatiques.

Structures linéaires dans les ensembles à faible densité

Réalisé en cotutelle avec l'Université Paris-Diderot.

La Commission administrative et la modernisation des structures politiques et administratives de Montréal, 1918-1921

Ce mémoire revient sur la première tutelle de la Ville de Montréal, imposée par le gouvernement provincial de 1918 à 1921. Pour l’occasion, le Lieutenant-gouverneur du Québec nomme cinq administrateurs afin de gérer les affaires courantes de la municipalité. Peu connu des historiens et du public, cet événement suscite des changements profonds dans les structures politiques et administratives de la Ville qui laissent des empreintes dans la vie quotidienne actuelle des Montréalais. Puisqu’ils ne sont pas redevables devant la population, les commissaires mettent en œuvre plusieurs réformes souvent impopulaires qui permettent de rétablir l’équilibre budgétaire de la Ville. Au passage, ils tentent de moderniser l’administration municipale dont le fonctionnement est jusque-là incompatible avec les réalités d’une population grandissante et d’un espace urbain accru par les nombreuses annexions. Notre étude souligne les réformes implantées par la Commission administrative au niveau de la fiscalité, de l’organisation des services municipaux et des politiques d'urbanisme. Elles s’inspirent de réformes mises en œuvre dans plusieurs villes nord-américaines de grande taille. Durant leur mandat, les nouveaux administrateurs cherchent à imposer un modèle d’administration s’inspirant de grandes entreprises privées et réussissent à réduire de manière substantielle le déficit de la Ville. Enfin, une attention particulière est accordée à la fin du mandat de la Commission administrative et au régime administratif qui lui fait suite.

Calculs ab initio de structures électroniques et de leur dépendance en température avec la méthode GW

Cette thèse porte sur le calcul de structures électroniques dans les solides. À l'aide de la théorie de la fonctionnelle de densité, puis de la théorie des perturbations à N-corps, on cherche à calculer la structure de bandes des matériaux de façon aussi précise et efficace que possible. Dans un premier temps, les développements théoriques ayant mené à la théorie de la fonctionnelle de densité (DFT), puis aux équations de Hedin sont présentés. On montre que l'approximation GW constitue une méthode pratique pour calculer la self-énergie, dont les résultats améliorent l'accord de la structure de bandes avec l'expérience par rapport aux calculs DFT. On analyse ensuite la performance des calculs GW dans différents oxydes transparents, soit le ZnO, le SnO2 et le SiO2. Une attention particulière est portée aux modèles de pôle de plasmon, qui permettent d'accélérer grandement les calculs GW en modélisant la matrice diélectrique inverse. Parmi les différents modèles de pôle de plasmon existants, celui de Godby et Needs s'avère être celui qui reproduit le plus fidèlement le calcul complet de la matrice diélectrique inverse dans les matériaux étudiés. La seconde partie de la thèse se concentre sur l'interaction entre les vibrations des atomes du réseau cristallin et les états électroniques. Il est d'abord montré comment le couplage électron-phonon affecte la structure de bandes à température finie et à température nulle, ce qu'on nomme la renormalisation du point zéro (ZPR). On applique ensuite la méthode GW au calcul du couplage électron-phonon dans le diamant. Le ZPR s'avère être fortement amplifié par rapport aux calculs DFT lorsque les corrections GW sont appliquées, améliorant l'accord avec les observations expérimentales.

Managing Profound Suffering at the End-of-Life: Should expanding access to continuous deep sedation be the priority?

Commentaire / Commentary

Structures algébriques, systèmes superintégrables et polynômes orthogonaux

Cette thèse est divisée en cinq parties portant sur les thèmes suivants: l’interprétation physique et algébrique de familles de fonctions orthogonales multivariées et leurs applications, les systèmes quantiques superintégrables en deux et trois dimensions faisant intervenir des opérateurs de réflexion, la caractérisation de familles de polynômes orthogonaux appartenant au tableau de Bannai-Ito et l’examen des structures algébriques qui leurs sont associées, l’étude de la relation entre le recouplage de représentations irréductibles d’algèbres et de superalgèbres et les systèmes superintégrables, ainsi que l’interprétation algébrique de familles de polynômes multi-orthogonaux matriciels. Dans la première partie, on développe l’interprétation physico-algébrique des familles de polynômes orthogonaux multivariés de Krawtchouk, de Meixner et de Charlier en tant qu’éléments de matrice des représentations unitaires des groupes SO(d+1), SO(d,1) et E(d) sur les états d’oscillateurs. On détermine les amplitudes de transition entre les états de l’oscillateur singulier associés aux bases cartésienne et polysphérique en termes des polynômes multivariés de Hahn. On examine les coefficients 9j de su(1,1) par le biais du système superintégrable générique sur la 3-sphère. On caractérise les polynômes de q-Krawtchouk comme éléments de matrices des «q-rotations» de U_q(sl_2). On conçoit un réseau de spin bidimensionnel qui permet le transfert parfait d’états quantiques à l’aide des polynômes de Krawtchouk à deux variables et on construit un modèle discret de l’oscillateur quantique dans le plan à l’aide des polynômes de Meixner bivariés. Dans la seconde partie, on étudie les systèmes superintégrables de type Dunkl, qui font intervenir des opérateurs de réflexion. On examine l’oscillateur de Dunkl en deux et trois dimensions, l’oscillateur singulier de Dunkl dans le plan et le système générique sur la 2-sphère avec réflexions. On démontre la superintégrabilité de chacun de ces systèmes. On obtient leurs constantes du mouvement, on détermine leurs algèbres de symétrie et leurs représentations, on donne leurs solutions exactes et on détaille leurs liens avec les polynômes orthogonaux du tableau de Bannai-Ito. Dans la troisième partie, on caractérise deux familles de polynômes du tableau de Bannai-Ito: les polynômes de Bannai-Ito complémentaires et les polynômes de Chihara. On montre également que les polynômes de Bannai-Ito sont les coefficients de Racah de la superalgèbre osp(1,2). On détermine l’algèbre de symétrie des polynômes duaux -1 de Hahn dans le cadre du problème de Clebsch-Gordan de osp(1,2). On propose une q - généralisation des polynômes de Bannai-Ito en examinant le problème de Racah pour la superalgèbre quantique osp_q(1,2). Finalement, on montre que la q -algèbre de Bannai-Ito sert d’algèbre de covariance à osp_q(1,2). Dans la quatrième partie, on détermine le lien entre le recouplage de représentations des algèbres su(1,1) et osp(1,2) et les systèmes superintégrables du deuxième ordre avec ou sans réflexions. On étudie également les représentations des algèbres de Racah-Wilson et de Bannai-Ito. On montre aussi que l’algèbre de Racah-Wilson sert d’algèbre de covariance quadratique à l’algèbre de Lie sl(2). Dans la cinquième partie, on construit deux familles explicites de polynômes d-orthogonaux basées sur su(2). On étudie les états cohérents et comprimés de l’oscillateur fini et on caractérise une famille de polynômes multi-orthogonaux matriciels.

Une loi contre la pauvreté : La nouvelle approche québécoise de lutte contre la pauvreté et l’exclusion sociale

Le 12 juin 2002, le gouvernement du Québec rendait public un projet de loi visant à lutter contre la pauvreté et l’exclusion sociale. Le projet de loi 112 fait de la lutte contre la pauvreté une priorité gouvernementale et il engage le gouvernement à mettre en place des plans d’action spécifiques et des structures institutionnelles pour assurer le suivi de ces plans. La loi s’accompagne également d’une stratégie gouvernementale relativement ambitieuse de lutte contre la pauvreté. L’article présente le projet de loi et la stratégie, en insistant sur les origines citoyennes du projet et sur ses implications pour la démocratisation du social. Le projet a le mérite de mettre la lutte contre la pauvreté à l’avant-plan et d’être conçu dans une perspective longitudinale, intégrée et participative. Mais il demeure pour l’instant relativement abstrait. Seul le temps nous dira si cette ouverture significative donnera des résultats importants.

Sur une classe de structures kählériennes généralisées toriques

Cette thèse concerne le problème de trouver une notion naturelle de «courbure scalaire» en géométrie kählérienne généralisée. L'approche utilisée consiste à calculer l'application moment pour l'action du groupe des difféomorphismes hamiltoniens sur l'espace des structures kählériennes généralisées de type symplectique. En effet, il est bien connu que l'application moment pour la restriction de cette action aux structures kählériennes s'identifie à la courbure scalaire riemannienne. On se limite à une certaine classe de structure kählériennes généralisées sur les variétés toriques notée $DGK_{\omega}^{\mathbb{T}}(M)$ que l'on reconnaît comme étant classifiées par la donnée d'une matrice antisymétrique $C$ et d'une fonction réelle strictement convexe $\tau$ (ayant un comportement adéquat au voisinage de la frontière du polytope moment). Ce point de vue rend évident le fait que toute structure kählérienne torique peut être déformée en un élément non kählérien de $DGK_{\omega}^{\mathbb{T}}(M)$, et on note que cette déformation à lieu le long d'une des classes que R. Goto a démontré comme étant libre d'obstruction. On identifie des conditions suffisantes sur une paire $(\tau,C)$ pour qu'elle donne lieu à un élément de $DGK_{\omega}^{\mathbb{T}}(M)$ et on montre qu'en dimension 4, ces conditions sont également nécessaires. Suivant l'adage «l'application moment est la courbure» mentionné ci-haut, des formules pour des notions de «courbure scalaire hermitienne généralisée» et de «courbure scalaire riemannienne généralisée» (en dimension 4) sont obtenues en termes de la fonction $\tau$. Enfin, une expression de la courbure scalaire riemannienne généralisée en termes de la structure bihermitienne sous-jacente est dégagée en dimension 4. Lorsque comparée avec le résultat des physiciens Coimbra et al., notre formule suggère un choix canonique pour le dilaton de leur théorie.

Développement d’outils de plaidoyer pour la lutte contre le diabète de type 2 en Afrique subsaharienne à partir de l’estimation des coûts de l’inaction et de l’action

La présente thèse, organisée en trois volets, poursuivait trois objectifs : i) Estimer les coûts médicaux directs du traitement du DT2 dans 4 pays d’Afrique subsaharienne et dans le cas du Mali, rapprocher ces coûts médicaux directs estimés aux dépenses effectives des patients diabétiques ; ii) Examiner le coût-efficacité des interventions de prévention basées sur la modification du mode de vie chez les sujets à haut risque du DT2; iii) Cerner la perception et les attitudes des acteurs de la santé sur les outils de plaidoyer développés dans le cadre du projet DFN et leur potentiel d’impact sur les décideurs. Dans le premier volet, il s’est agi d’estimer les coûts du DT2 et de ses complications au moyen d’un calculateur et de le mettre à l’épreuve au Bénin, au Burkina- Faso, en Guinée et au Mali. Les composantes de soins pour le DT2 et ses complications avaient été définies au préalable par une équipe de spécialistes, sur la base de leur expérience clinique et des lignes directrices existantes. Les prix ont été relevés dans deux structures hospitalières du secteur public et deux du privé. Les coûts ont été estimés sur une base annuelle pour le DT2 avec ou sans complications chroniques puis par épisode pour les complications aiguës. Dans le cas du Mali, ces coûts ont été rapprochés des dépenses de patients diabétiques d’après une précédente enquête transversale dans ce pays. Cette enquête portait sur 500 sujets diabétiques sélectionnés au hasard dans les registres. Les dépenses pour les soins des trois derniers mois avaient été relevées. Les déterminants des dépenses ont été explorés. Il ressort des différences de coûts dans le même secteur puis entre le secteur privé et le secteur public. Le coût minimum du traitement du DT2 sans complications dans le secteur public représentait entre 21% et 34% de PIB par habitant, puis entre 26% - 47% en présence de la rétinopathie et au-delà de 70% pour la néphropathie, la complication chronique la plus coûteuse. Les dépenses des sujets diabétiques enquêtés au Mali, étaient en deçà des coûts minima estimatifs des différentes complications excepté la rétinopathie et le DT2 sans complication. Les facteurs comme l’insulinothérapie, le nombre de complications et la résidence dans la capitale étaient significativement associés aux dépenses plus élevées des patients. Dans le second volet, la revue systématique a consisté à recenser les études d’évaluation économique des interventions de prévention du DT2 dans des groupes à haut risque par l’alimentation et/ou l’activité physique. Les interventions de contrôle de l’obésité comme facteur de risque majeur de DT2 ont également été considérées. Les études ont été sélectionnées dans les bases de données scientifiques en utilisant les mots clés et des critères prédéfinis. Les études originales publiées entre janvier 2009 et décembre 2014 et conduites en français, anglais ou espagnol étaient potentiellement éligibles. La liste de contrôle de « British Medical Journal » a servi à évaluer la qualité des études. Des 21 études retenues, 15 rapportaient que les interventions étaient coût-efficaces suivant les limites d’acceptabilité considérées. Six études étaient non concluantes, dont quatre destinées à la prévention du DT2 et deux, au contrôle de l’obésité. Dans le troisième volet, les perceptions d’utilisateurs potentiels de ce calculateur et d’un autre outil de plaidoyer, à savoir, l’argumentaire narratif expliquant la nécessité de se pencher sur la lutte contre le DT2 en Afrique, ont été évaluées dans une étude qualitative exploratoire. Les données ont été collectées au cours d’entretiens individuels avec 16 acteurs de la santé de quatre pays d’Afrique subsaharienne et un groupe de discussion avec 10 étudiants de master de nutrition à l’issue d’un atelier de formation sur le plaidoyer faisant appel à ces outils, au Bénin. Les entretiens ont été enregistrés, transcrits et codés à l’aide du logiciel QDA Miner. Les participants ont souligné la pertinence des outils pour le plaidoyer et la convivialité du calculateur de coûts. Il demeure cependant que le contexte politique marqué par la compétition des priorités, l’absence de cohésion entre les décideurs et un défaut de données notamment sur le coût-efficacité des interventions sont des freins à la priorisation du DT2 dans les politiques de santé en Afrique subsaharienne que les répondants ont relevés. L’étude confirme que le traitement du DT2 est financièrement inabordable pour un grand nombre de patients. Elle souligne que les dépenses des patients sont en deçà des coûts estimés pour un traitement approprié avec quelques exceptions. La prévention du DT2 basée le mode de vie est coût-efficace mais devrait être étudiée en Afrique. On peut espérer que la pertinence des outils de ce travail telle que relevée par les acteurs de santé se traduise par leur utilisation. Ceci pour susciter des interventions de prévention afin d’infléchir l’évolution du DT2 et son impact économique en Afrique subsaharienne.

Multimodal image fusion of anatomical structures for diagnosis, therapy planning and assistance

This paper provides an overview of work done in recent years by our research group to fuse multimodal images of the trunk of patients with Adolescent Idiopathic Scoliosis (AIS) treated at Sainte-Justine University Hospital Center (CHU). We first describe our surface acquisition system and introduce a set of clinical measurements (indices) based on the trunk's external shape, to quantify its degree of asymmetry. We then describe our 3D reconstruction system of the spine and rib cage from biplanar radiographs and present our methodology for multimodal fusion of MRI, X-ray and external surface images of the trunk We finally present a physical model of the human trunk including bone and soft tissue for the simulation of the surgical outcome on the external trunk shape in AIS.

A Novel Method for Switching and Tuning of PBG Structures

Photonic band-gap (PBG) structures are utilized in microwave components as filters to suppress unwanted signals. In this work, rectangular perforations were created in the ground plane of a microstrip line to construct a PBG structure. A gold-coated alumina substrate was utilized to switch or tune the bandstop characteristics of this structure. It was demonstrated that the bandstop characteristics were switched off from - 35 to - 1 dB at 16 GHz. Tuning of the bandstop edge with a shift of 1.5 GHz was also shown