Synchronization in a lattice model of pulse-coupled oscillators

We analyze the collective behavior of a lattice model of pulse-coupled oscillators. By means of computer simulations we find the relation between the intrinsic dynamics of each member of the population and their mutual interactions that ensures, in a general context, the existence of a fully synchronized regime. This condition turns out to be the same as that obtained for the globally coupled population. When the condition is not completely satisfied we find different spatial structures. This also gives some hints about self-organized criticality.

Pulse wave analysis aortic pressure . distole should also be considered

La rigidité anormalement haute des artères à grande conductance est un marqueur de l'augmentation du risque cardiovasculaire et est typiquement retrouvée chez les patients diabétiques ou hypertendus. Ces vaisseaux deviennent plus rigides avec l'âge, expliquant la haute prévalence d'hypertension systolique chez les personnes âgées. Cette rigidification agit sur la pression sanguine de plusieurs façons. Notamment la fonction windkessel est gênée, menant à l'augmentation de la pression systolique et de la pression puisée, la diminution de la pression diastolique, et ainsi à l'augmentation de la postcharge ventriculaire gauche associée à une probable diminution de la perfusion coronarienne. De plus, la propagation des ondes de pression le long de l'arbre vasculaire est accélérée, de sorte que les ondes réfléchies générées au site de décalage d'impédance atteignent l'aorte ascendante plus tôt par rapport au début de l'éjection ventriculaire, aboutissant à une augmentation de la pression systolique centrale, ce qui n'arriverait pas en présence de vaisseaux moins rigides. Dans ce cas, au contraire, les ondes de pression antérogrades et réfléchies voyages plus lentement, de sorte que les ondes de réflexion tendent à atteindre l'aorte centrale une fois l'éjection terminée, augmentant la pression diastolique et contribuant à la perfusion coronarienne. La tonométrie d'applanation est une méthode non invasive permettant l'évaluation de la forme de l'onde de pression au niveau l'aorte ascendante, basée sur l'enregistrement du pouls périphérique, au niveau radial dans notre étude. Nous pouvons dériver à partir de cette méthode un index d'augmentation systolique (sAIX) qui révèle quel pourcentage de la pression centrale est du aux ondes réfléchies. Plusieurs études ont montré que cet index est corrélé à d'autres mesures de la rigidité artérielle comme la vitesse de l'onde de pouls, qu'il augmente avec l'âge et avec les facteurs de risques cardiovasculaires, et qu'il est capable de préciser le pronostic cardiovasculaire. En revanche, peu d'attention a été portée à l'augmentation de la pression centrale diastolique due aux ondes réfléchies (dAIX). Nous proposons donc de mesurer cet index par un procédé d'analyse développé dans notre laboratoire, et ce dans la même unité que l'index systolique. Etant donné que les modifications de la paroi artérielle modulent d'une part la vitesse de l'onde de pouls (PWV) et d'autre part le temps de voyage aller-retour des ondes de pression réfléchies aux sites de réflexion, toute augmentation de la quantité d'énergie réfléchie atteignant l'aorte pendant la systole devrait être associée à une diminution de l'énergie arrivant au même point pendant la diastole. Notre étude propose de mesurer ces deux index, ainsi que d'étudier la relation de l'index d'augmentation diastolique (dAIX) avec la vitesse de propagation de l'onde de pouls (PWV) et avec le rythme cardiaque (HR), ce dernier étant connu pour influencer l'index d'augmentation systolique (sAIX) . L'influence de la position couchée et assise est aussi étudiée. Les mesures de la PWV et des sAIX et dAIX est réalisée chez 48 hommes et 45 femmes âgées de 18 à 70 ans, classés en 3 groupes d'âges. Les résultats montrent qu'en fonction de l'âge, le genre et la position du corps, il y a une relation inverse entre sAIX et dAIX. Lorsque PWV et HR sont ajoutés comme covariables à un modèle de prédiction comprenant l'âge, le genre et la position du corps comme facteurs principaux, sAIX est directement lié à PWV (p<0.0001) et inversement lié à HR (p<0.0001). Avec la même analyse, dAIX est inversement lié à PWV (p<0.0001) et indépendant du rythme cardiaque (p=0.52). En conclusion, l'index d'augmentation diastolique est lié à la rigidité vasculaire au même degré que l'index d'augmentation systolique, alors qu'il est affranchi de l'effet confondant du rythme cardiaque. La quantification de l'augmentation de la pression aortique diastolique due aux ondes réfléchies pourrait être une partie utile de l'analyse de l'onde de pouls.

Pattern selection in a lattice of pulse-coupled oscillators

We study spatio-temporal pattern formation in a ring of N oscillators with inhibitory unidirectional pulselike interactions. The attractors of the dynamics are limit cycles where each oscillator fires once and only once. Since some of these limit cycles lead to the same pattern, we introduce the concept of pattern degeneracy to take it into account. Moreover, we give a qualitative estimation of the volume of the basin of attraction of each pattern by means of some probabilistic arguments and pattern degeneracy, and show how they are modified as we change the value of the coupling strength. In the limit of small coupling, our estimative formula gives a pefect agreement with numerical simulations.

Mechanisms of synchronization and pattern formation in a lattice of pulse-coupled oscillators

We analyze the physical mechanisms leading either to synchronization or to the formation of spatiotemporal patterns in a lattice model of pulse-coupled oscillators. In order to make the system tractable from a mathematical point of view we study a one-dimensional ring with unidirectional coupling. In such a situation, exact results concerning the stability of the fixed of the dynamic evolution of the lattice can be obtained. Furthermore, we show that this stability is the responsible for the different behaviors.

Occurrence and Structure of Arbuscular Mycorrhizal Fungal Communities in Cassava after Cultivation of Cover Crops as Observed by the “PCR-DGGE” Technique

ABSTRACT Cassava (Manihot esculenta Crantz) is a highly mycotrophic crop, and prior soil cover may affect the density of arbuscular mycorrhizal fungi (AMFs), as well as the composition of the AMFs community in the soil. The aim of this study was to evaluate the occurrence and the structure of AMFs communities in cassava grown after different cover crops, and the effect of the cover crop on mineral nutrition and cassava yield under an organic farming system. The occurrence and structure of the AMFs community was evaluated through polymerase chain reaction (PCR) and denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE). A randomized block experimental design was used with four replications. Six different cover crop management systems before cassava were evaluated: black oats, vetch, oilseed radish, intercropped oats + vetch, intercropped oats + vetch + oilseed radish, plus a control (fallow) treatment mowed every 15 days. Oats as a single crop or oats intercropped with vetch or with oilseed radish increased AMFs inoculum potential in soil with a low number of propagules, thus benefiting mycorrhizal colonization of cassava root. The treatments did not affect the structure of AMFs communities in the soil since the AMFs communities were similar in cassava roots in succession to different cover crops. AMFs colonization was high despite high P availability in the soil. The cassava crop yield was above the regional average, and P levels in the leaves were adequate, regardless of which cover crop treatments were used. One cover crop cycle prior to the cassava crop was not enough to observe a significant response in variables, P in plant tissue, crop yield, and occurrence and structure of AMFs communities in the soil. In the cassava roots in succession, the plant developmental stage affected the groupings of the structure of the AMF community.

The sheeping technique or how to avoid exchange maneuvers.

INTRODUCTION: The arteries of bifurcation aneurysms are sometimes so angulated or tortuous that an exchange maneuver is necessary to catheterize them with a balloon or stent delivery catheter. Because of the risk of distal wire perforation associated with exchange maneuvers, we sought to find an alternative technique. METHODS: Our experience shows that a microcatheter tends to preferentially follow a previously placed microcatheter, even if the initial catheterization might be challenging. Accessing an artery with two microcatheters simultaneously may thus be an alternative to an exchange maneuver. Because of this tendency for catheters to behave like sheep following one another, we named this method the sheeping technique (ST). The ST consists of (a) first placing a 1.7 French microcatheter into the division branch requiring balloon or stent protection to straighten the course of the arteries in order to facilitate and (b) positioning in the same artery of a larger and stiffer balloon or stent microcatheter. Once the second balloon or stent microcatheter is in place, the first microcatheter can be pulled back and used to coil the aneurysm. RESULTS: Between January 2009 and December 2012, The ST was successfully used in 208/246 procedures (85 %). Conversion to an exchange maneuver was necessary in 38/246 (15 %). There were no arterial perforations or ischemic events related to the handling of both microcatheters. CONCLUSION: The sheeping technique may improve safety by replacing the need for an exchange maneuver during difficult balloon- or stent-assisted coiling.

Identification of different heart tissues from MRI C-SENC images using an unsupervised multi-stage fuzzy clustering technique.

PURPOSE: To objectively characterize different heart tissues from functional and viability images provided by composite-strain-encoding (C-SENC) MRI. MATERIALS AND METHODS: C-SENC is a new MRI technique for simultaneously acquiring cardiac functional and viability images. In this work, an unsupervised multi-stage fuzzy clustering method is proposed to identify different heart tissues in the C-SENC images. The method is based on sequential application of the fuzzy c-means (FCM) and iterative self-organizing data (ISODATA) clustering algorithms. The proposed method is tested on simulated heart images and on images from nine patients with and without myocardial infarction (MI). The resulting clustered images are compared with MRI delayed-enhancement (DE) viability images for determining MI. Also, Bland-Altman analysis is conducted between the two methods. RESULTS: Normal myocardium, infarcted myocardium, and blood are correctly identified using the proposed method. The clustered images correctly identified 90 +/- 4% of the pixels defined as infarct in the DE images. In addition, 89 +/- 5% of the pixels defined as infarct in the clustered images were also defined as infarct in DE images. The Bland-Altman results show no bias between the two methods in identifying MI. CONCLUSION: The proposed technique allows for objectively identifying divergent heart tissues, which would be potentially important for clinical decision-making in patients with MI.

Insulin modulation of luteinizing hormone secretion in normal female volunteers and lean polycystic ovary syndrome patients.

BACKGROUND/AIMS: Endocrine features of polycystic ovary syndrome (PCOS) include altered ovarian steroidogenesis, hyperinsulinemia and abnormal luteinizing hormone (LH) secretion. This study was undertaken to further evaluate the role of insulin to modulate LH secretion in lean PCOS patients with normal insulin sensitivity and normal volunteers. METHODS: The study was performed in five nonobese patients diagnosed with PCOS on the basis of amenorrhea and a polycystic morphology at ovarian ultrasound, and 5 normal controls in early to mid-follicular phase and matched for weight and age. All subjects were phenotyped, and then admitted for 12 h of frequent (q 10') blood sampling on two separate occasions, once for a baseline study and the other time for a hyperinsulinemic and euglycemic clamp study. LH was measured in samples obtained throughout each admission in order to perform LH pulse analysis. RESULTS: Baseline LH secretion in PCOS subjects was significantly different from controls: they had higher LH levels, higher LH/FSH ratios as well as a faster LH pulse frequency than normal women. Insulin administration did not affect the pattern of LH secretion of PCOS patients, whereas it significantly increased the LH pulse frequency while decreasing the LH interpulse intervals in the controls. CONCLUSIONS: These data confirm that an abnormal pattern of LH secretion characteristic of PCOS can be observed in lean patients, and appears independent of peripheral insulin levels. Furthermore, our results in lean controls provide the first direct evidence that peripheral insulin can modulate the activity of hypothalamic gonadotropin-releasing hormone (GnRH) neurons in the human.

Bilateral symmetry of radial pulse in high-level tennis players : implications for the validity of central aortic pulse wave analysis

Rapport de synthèse Ce travail de thèse s'articule autour de l'importance de l'évaluation de la fonction vasculaire et des répercussions au niveau central, cardiaque, des perturbations du réseau vasculaire. Les maladies cardiovasculaires sont prédominantes dans notre société et causes de morbidité et mortalité importante. La mesure de la pression artérielle classique reste le moyen le plus utilisé pour suivre la santé des vaisseaux, mais ne reflète pas directement ce qui se passe au niveau du coeur. La tonométrie d'aplanation permet depuis quelques années de mesurer l'onde de pouls radial, et par le biais d'une fonction mathématique de transfert validée, il est possible d'en déduire la forme et Γ amplitude de l'onde de pouls central, donc de la pression aortique centrale. Cette dernière est un reflet bien plus direct de la post-charge cardiaque, et de nombreuses études cliniques actuelles s'intéressent à cette mesure pour stratifier le risque ou évaluer l'effet d'un traitement vasculaire. Toutefois, bien que cet outil soit de plus en plus utilisé, il est rarement précisé si la latéralité de la mesure joue un rôle, sachant que certaines propriétés des membres supérieurs peuvent être affectées par un usage préférentiel (masse musculaire, densité osseuse, diamètre des artères, capillarisation musculaire, et même fonction endothéliale). On a en effet observé que ces divers paramètre étaient tous augmentés sur un bras entraîné. Dès lors on peut se poser la question de l'influence de ces adaptations physiologiques sur la mesure indirecte effectuée par le biais du pouls radial. Nous avons investigué les deux membres supérieurs de sujets jeunes et sédentaires (SED), ainsi que ceux de sujets sportifs avec un développement fortement asymétrique des bras, soit des joueurs de tennis de haut niveau (TEN). Des mesures anthropométriques incluant la composition corporelle et la circonférence des bras et avant-bras ont montré que TEN présente une asymétrie hautement significative aux deux mesures entre le bras dominant (entraîné) et l'autre, ce qui est aussi présent pour la force de serrage (mesurée au dynamomètre de Jamar). L'analyse des courbes centrales de pouls ne montre aucune différence entre les deux membres dans chaque groupe, par contre on peut observer une différence entre SED et TEN, avec un index d'augmentation diastolique qui est 50 % plus élevé chez TEN. Les index d'augmentation systolique sont identiques dans les deux groupes. On peut retenir de cette étude la validité de la méthode de tonométrie d'aplanation quel que soit le bras utilisé (dominant ou non-dominant) et ce même si une asymétrie conséquente est présente. Ces données sont clairement nouvelles et permettent de s'affranchir de cette variable dans la mesure d'un paramètre cardiovasculaire dont l'importance est actuellement grandissante. Les différences d'index diastolique sont expliquées par la fréquence cardiaque et la vitesse de conduction de l'onde de pouls plus basses chez TEN, causant un retard diastolique du retour de l'onde au niveau central, phénomène précédemment bien décrit dans la littérature.

Pulse pressure variation-guided fluid therapy after cardiac surgery: A pilot before-and-after trial.

PURPOSE: The aim of this study is to study the feasibility, safety, and physiological effects of pulse pressure variation (PPV)-guided fluid therapy in patients after cardiac surgery. MATERIALS AND METHODS: We conducted a pilot prospective before-and-after study during mandatory ventilation after cardiac surgery in a tertiary intensive care unit. We introduced a protocol to deliver a fluid bolus for a PPV ≥13% for at least >10 minutes during the intervention period. RESULTS: We studied 45 control patients and 53 intervention patients. During the intervention period, clinicians administered a fluid bolus on 79% of the defined PPV trigger episodes. Median total fluid intake was similar between 2 groups during mandatory ventilation (1297 mL [interquartile range 549-1968] vs 1481 mL [807-2563]; P = .17) and the first 24 hours (3046 mL [interquartile range 2317-3982] vs 3017 mL [2192-4028]; P = .73). After adjusting for several baseline factors, PPV-guided fluid management significantly increased fluid intake during mandatory ventilation (P = .004) but not during the first 24 hours (P = .47). Pulse pressure variation-guided fluid therapy, however, did not significantly affect hemodynamic, renal, and metabolic variables. No serious adverse events were noted. CONCLUSIONS: Pulse pressure variation-guided fluid management was feasible and safe during mandatory ventilation after cardiac surgery. However, its advantages may be clinically small.

A simple bypass technique for superior vena cava reconstruction.

Superior vena cava (SVC) clamping can be required during thoracic surgery for SVC replacement or repair. In such cases, bypass techniques can be necessary to avoid hemodynamic instability, cerebral venous hypertension and hypoperfusion. Here, we report a novel and simple SVC bypass technique which does not require full systemic heparinization, specialized cannulation techniques or pumping devices and which can be applied percutaneously in the preoperative phase or intraoperatively. The preoperative shunt consisted in two Swan-Ganz catheters inserted in the jugular and femoral veins and connected by perfusion tubing with a three way stopcock. The intraoperative shunt consisted of a Pruitt(®)-catheter inserted in the left innominate vein and connected to a femoral Swan-Ganz catheter by perfusion tubing. We validated our system in seven patients undergoing SVC reconstruction. We monitored the systemic arterial blood pressures, the heart rate and vasoactive peptide requirements throughout the procedure. We also determined the neurological status and the in-hospital morbidity and mortality for each patient. Using this bypass, SVC clamping caused no hemodynamic instability, no neurological impairments and no in-hospital complications or deaths. This simple temporary SVC bypass procedure is safe and avoids hemodynamic instability and cerebral venous hypertension.