Developmentally regulated extinction of Ly-49 receptor expression permits maturation and selection of NK1.1+ T cells.

Clonally distributed inhibitory receptors negatively regulate natural killer (NK) cell function via specific interactions with allelic forms of major histocompatibility complex (MHC) class I molecules. In the mouse, the Ly-49 family of inhibitory receptors is found not only on NK cells but also on a minor (NK1.1+) T cell subset. Using Ly-49 transgenic mice, we show here that the development of NK1.1+ T cells, in contrast to NK or conventional T cells, is impaired when their Ly-49 receptors engage self-MHC class I molecules. Impaired NK1.1+ T cell development in transgenic mice is associated with a failure to select the appropriate CD1-reactive T cell receptor repertoire. In normal mice, NK1.1+ T cell maturation is accompanied by extinction of Ly-49 receptor expression. Collectively, our data imply that developmentally regulated extinction of inhibitory MHC-specific receptors is required for normal NK1.1+ T cell maturation and selection.

Evaluating the Effectiveness of Red Light Running Camera Enforcement in Cedar Rapids and Developing Guidelines For Selection and use of Red Light Running Countermeasures, Midwest Transportation Consortium, Final Report November 2011.

Red light running (RLR) is a problem in the US that has resulted in 165,000 injuries and 907 fatalities annually. In Iowa, RLR-related crashes make up 24.5 percent of all crashes and account for 31.7 percent of fatal and major injury crashes at signalized intersections. RLR crashes are a safety concern due to the increased likelihood of injury compared to other types of crashes. One tool used to combat red light running is automated enforcement in the form of RLR cameras. Automated enforcement, while effective, is often controversial. Cedar Rapids, Iowa installed RLR and speeding cameras at seven intersections across the city. The intersections were chosen based on crash rates and whether cameras could feasibly be placed at the intersection approaches. The cameras were placed starting in February 2010 with the last one becoming operational in December 2010. An analysis of the effect of the cameras on safety at these intersections was determined prudent in helping to justify the installation and effectiveness of the cameras. The objective of this research was to assess the safety effectiveness of the RLR program that has been implemented in Cedar Rapids. This was accomplished by analyzing data to determine changes in the following metrics:  Reductions in red light violation rates based on overall changes, time of day changes, and changes by lane  Effectiveness of the cameras over time  Time in which those running the red light enter the intersection  Changes in the average headway between vehicles entering the intersection

Bystander-Activated Memory CD8 T Cells Control Early Pathogen Load in an Innate-like, NKG2D-Dependent Manner.

During an infection the antigen-nonspecific memory CD8 T cell compartment is not simply an inert pool of cells, but becomes activated and cytotoxic. It is unknown how these cells contribute to the clearance of an infection. We measured the strength of T cell receptor (TCR) signals that bystander-activated, cytotoxic CD8 T cells (BA-CTLs) receive in vivo and found evidence of limited TCR signaling. Given this marginal contribution of the TCR, we asked how BA-CTLs identify infected target cells. We show that target cells express NKG2D ligands following bacterial infection and demonstrate that BA-CTLs directly eliminate these target cells in an innate-like, NKG2D-dependent manner. Selective inhibition of BA-CTL-mediated killing led to a significant defect in pathogen clearance. Together, these data suggest an innate role for memory CD8 T cells in the early immune response before the onset of a de novo generated, antigen-specific CD8 T cell response.

Self-selection and risk selection on the Swiss health insurance market

Abstract This thesis presents three empirical studies in the field of health insurance in Switzerland. First we investigate the link between health insurance coverage and health care expenditures. We use claims data for over 60 000 adult individuals covered by a major Swiss Health Insurance Fund, followed for four years; the data show a strong positive correlation between coverage and expenditures. Two methods are developed and estimated in order to separate selection effects (due to individual choice of coverage) and incentive effects ("ex post moral hazard"). The first method uses the comparison between inpatient and outpatient expenditures to identify both effects and we conclude that both selection and incentive effects are significantly present in our data. The second method is based on a structural model of joint demand of health care and health insurance and makes the most of the change in the marginal cost of health care to identify selection and incentive effects. We conclude that the correlation between insurance coverage and health care expenditures may be decomposed into the two effects: 75% may be attributed to selection, and 25 % to incentive effects. Moreover, we estimate that a decrease in the coinsurance rate from 100% to 10% increases the marginal demand for health care by about 90% and from 100% to 0% by about 150%. Secondly, having shown that selection and incentive effects exist in the Swiss health insurance market, we present the consequence of this result in the context of risk adjustment. We show that if individuals choose their insurance coverage in function of their health status (selection effect), the optimal compensations should be function of the se- lection and incentive effects. Therefore, a risk adjustment mechanism which ignores these effects, as it is the case presently in Switzerland, will miss his main goal to eliminate incentives for sickness funds to select risks. Using a simplified model, we show that the optimal compensations have to take into account the distribution of risks through the insurance plans in case of self-selection in order to avoid incentives to select risks.Then, we apply our propositions to Swiss data and propose a simple econometric procedure to control for self-selection in the estimation of the risk adjustment formula in order to compute the optimal compensations.

Bistability driven by Gaussian colored noise: First-passage times

Herein we present a calculation of the mean first-passage time for a bistable one-dimensional system driven by Gaussian colored noise of strength D and correlation time ¿c. We obtain quantitative agreement with experimental analog-computer simulations of this system. We disagree with some of the conclusions reached by previous investigators. In particular, we demonstrate that all available approximations that lead to a state-dependent diffusion coefficient lead to the same result for small D¿c.

Dark energy equation of state and anthropic selection

We explore the possibility that the dark energy is due to a potential of a scalar field and that the magnitude and the slope of this potential in our part of the Universe are largely determined by anthropic selection effects. We find that, in some models, the most probable values of the slope are very small, implying that the dark energy density stays constant to very high accuracy throughout cosmological evolution. In other models, however, the most probable values of the slope are such that the slow roll condition is only marginally satisfied, leading to a recollapse of the local universe on a time scale comparable to the lifetime of the Sun. In the latter case, the effective equation of state varies appreciably with the redshift, leading to a number of testable predictions.

Habitat selection in zones of parapatric contact between the Common shrew Sorex araneus and Millet's shrew S. coronatus

(1) The common shrew Sorex araneus and Millet's shrew S. coronatus are sibling species.They are morphologically and genetically very similar but do not hybridize. Their parapatric distribution throughout south-western Europe, with a few narrow zones of distributional overlap, suggests that they are in competitive parapatry. (2) Two of these contact zones were studied; there was evidence of coexistence over periods of 2 years as well as habitat segregation. In both zones, the species segregated on litter thickness and humidity variables. (3) A simple analysis of spatial distribution showed that habitats visible in the field corresponded to the habitats selected by the species. Habitat selection was found throughout the annual life-cycle of the shrews. (4) In one contact zone, a removal experiment was performed to test whether habitat segregation is induced by interspecific interactions. The experiment showed that the species select habitats differentially when both are present and abandon habitat selection when their competitor is removed. (5) These results confirm the role of resource partitioning in promoting narrow rangesof distributional overlap between such parapatric species and qualitatively support the prediction of habitat selection theory that, in a two-species system, coexistence may be achieved by differential habitat selection to avoid competition. The results also support the view that the common shrew and Millet's shrew are in competitive parapatry.

Multiscale descriptions of density-driven flow instabilities in porous media

Les instabilités engendrées par des gradients de densité interviennent dans une variété d'écoulements. Un exemple est celui de la séquestration géologique du dioxyde de carbone en milieux poreux. Ce gaz est injecté à haute pression dans des aquifères salines et profondes. La différence de densité entre la saumure saturée en CO2 dissous et la saumure environnante induit des courants favorables qui le transportent vers les couches géologiques profondes. Les gradients de densité peuvent aussi être la cause du transport indésirable de matières toxiques, ce qui peut éventuellement conduire à la pollution des sols et des eaux. La gamme d'échelles intervenant dans ce type de phénomènes est très large. Elle s'étend de l'échelle poreuse où les phénomènes de croissance des instabilités s'opèrent, jusqu'à l'échelle des aquifères à laquelle interviennent les phénomènes à temps long. Une reproduction fiable de la physique par la simulation numérique demeure donc un défi en raison du caractère multi-échelles aussi bien au niveau spatial et temporel de ces phénomènes. Il requiert donc le développement d'algorithmes performants et l'utilisation d'outils de calculs modernes. En conjugaison avec les méthodes de résolution itératives, les méthodes multi-échelles permettent de résoudre les grands systèmes d'équations algébriques de manière efficace. Ces méthodes ont été introduites comme méthodes d'upscaling et de downscaling pour la simulation d'écoulements en milieux poreux afin de traiter de fortes hétérogénéités du champ de perméabilité. Le principe repose sur l'utilisation parallèle de deux maillages, le premier est choisi en fonction de la résolution du champ de perméabilité (grille fine), alors que le second (grille grossière) est utilisé pour approximer le problème fin à moindre coût. La qualité de la solution multi-échelles peut être améliorée de manière itérative pour empêcher des erreurs trop importantes si le champ de perméabilité est complexe. Les méthodes adaptatives qui restreignent les procédures de mise à jour aux régions à forts gradients permettent de limiter les coûts de calculs additionnels. Dans le cas d'instabilités induites par des gradients de densité, l'échelle des phénomènes varie au cours du temps. En conséquence, des méthodes multi-échelles adaptatives sont requises pour tenir compte de cette dynamique. L'objectif de cette thèse est de développer des algorithmes multi-échelles adaptatifs et efficaces pour la simulation des instabilités induites par des gradients de densité. Pour cela, nous nous basons sur la méthode des volumes finis multi-échelles (MsFV) qui offre l'avantage de résoudre les phénomènes de transport tout en conservant la masse de manière exacte. Dans la première partie, nous pouvons démontrer que les approximations de la méthode MsFV engendrent des phénomènes de digitation non-physiques dont la suppression requiert des opérations de correction itératives. Les coûts de calculs additionnels de ces opérations peuvent toutefois être compensés par des méthodes adaptatives. Nous proposons aussi l'utilisation de la méthode MsFV comme méthode de downscaling: la grille grossière étant utilisée dans les zones où l'écoulement est relativement homogène alors que la grille plus fine est utilisée pour résoudre les forts gradients. Dans la seconde partie, la méthode multi-échelle est étendue à un nombre arbitraire de niveaux. Nous prouvons que la méthode généralisée est performante pour la résolution de grands systèmes d'équations algébriques. Dans la dernière partie, nous focalisons notre étude sur les échelles qui déterminent l'évolution des instabilités engendrées par des gradients de densité. L'identification de la structure locale ainsi que globale de l'écoulement permet de procéder à un upscaling des instabilités à temps long alors que les structures à petite échelle sont conservées lors du déclenchement de l'instabilité. Les résultats présentés dans ce travail permettent d'étendre les connaissances des méthodes MsFV et offrent des formulations multi-échelles efficaces pour la simulation des instabilités engendrées par des gradients de densité. - Density-driven instabilities in porous media are of interest for a wide range of applications, for instance, for geological sequestration of CO2, during which CO2 is injected at high pressure into deep saline aquifers. Due to the density difference between the C02-saturated brine and the surrounding brine, a downward migration of CO2 into deeper regions, where the risk of leakage is reduced, takes place. Similarly, undesired spontaneous mobilization of potentially hazardous substances that might endanger groundwater quality can be triggered by density differences. Over the last years, these effects have been investigated with the help of numerical groundwater models. Major challenges in simulating density-driven instabilities arise from the different scales of interest involved, i.e., the scale at which instabilities are triggered and the aquifer scale over which long-term processes take place. An accurate numerical reproduction is possible, only if the finest scale is captured. For large aquifers, this leads to problems with a large number of unknowns. Advanced numerical methods are required to efficiently solve these problems with today's available computational resources. Beside efficient iterative solvers, multiscale methods are available to solve large numerical systems. Originally, multiscale methods have been developed as upscaling-downscaling techniques to resolve strong permeability contrasts. In this case, two static grids are used: one is chosen with respect to the resolution of the permeability field (fine grid); the other (coarse grid) is used to approximate the fine-scale problem at low computational costs. The quality of the multiscale solution can be iteratively improved to avoid large errors in case of complex permeability structures. Adaptive formulations, which restrict the iterative update to domains with large gradients, enable limiting the additional computational costs of the iterations. In case of density-driven instabilities, additional spatial scales appear which change with time. Flexible adaptive methods are required to account for these emerging dynamic scales. The objective of this work is to develop an adaptive multiscale formulation for the efficient and accurate simulation of density-driven instabilities. We consider the Multiscale Finite-Volume (MsFV) method, which is well suited for simulations including the solution of transport problems as it guarantees a conservative velocity field. In the first part of this thesis, we investigate the applicability of the standard MsFV method to density- driven flow problems. We demonstrate that approximations in MsFV may trigger unphysical fingers and iterative corrections are necessary. Adaptive formulations (e.g., limiting a refined solution to domains with large concentration gradients where fingers form) can be used to balance the extra costs. We also propose to use the MsFV method as downscaling technique: the coarse discretization is used in areas without significant change in the flow field whereas the problem is refined in the zones of interest. This enables accounting for the dynamic change in scales of density-driven instabilities. In the second part of the thesis the MsFV algorithm, which originally employs one coarse level, is extended to an arbitrary number of coarse levels. We prove that this keeps the MsFV method efficient for problems with a large number of unknowns. In the last part of this thesis, we focus on the scales that control the evolution of density fingers. The identification of local and global flow patterns allows a coarse description at late times while conserving fine-scale details during onset stage. Results presented in this work advance the understanding of the Multiscale Finite-Volume method and offer efficient dynamic multiscale formulations to simulate density-driven instabilities. - Les nappes phréatiques caractérisées par des structures poreuses et des fractures très perméables représentent un intérêt particulier pour les hydrogéologues et ingénieurs environnementaux. Dans ces milieux, une large variété d'écoulements peut être observée. Les plus communs sont le transport de contaminants par les eaux souterraines, le transport réactif ou l'écoulement simultané de plusieurs phases non miscibles, comme le pétrole et l'eau. L'échelle qui caractérise ces écoulements est définie par l'interaction de l'hétérogénéité géologique et des processus physiques. Un fluide au repos dans l'espace interstitiel d'un milieu poreux peut être déstabilisé par des gradients de densité. Ils peuvent être induits par des changements locaux de température ou par dissolution d'un composé chimique. Les instabilités engendrées par des gradients de densité revêtent un intérêt particulier puisque qu'elles peuvent éventuellement compromettre la qualité des eaux. Un exemple frappant est la salinisation de l'eau douce dans les nappes phréatiques par pénétration d'eau salée plus dense dans les régions profondes. Dans le cas des écoulements gouvernés par les gradients de densité, les échelles caractéristiques de l'écoulement s'étendent de l'échelle poreuse où les phénomènes de croissance des instabilités s'opèrent, jusqu'à l'échelle des aquifères sur laquelle interviennent les phénomènes à temps long. Etant donné que les investigations in-situ sont pratiquement impossibles, les modèles numériques sont utilisés pour prédire et évaluer les risques liés aux instabilités engendrées par les gradients de densité. Une description correcte de ces phénomènes repose sur la description de toutes les échelles de l'écoulement dont la gamme peut s'étendre sur huit à dix ordres de grandeur dans le cas de grands aquifères. Il en résulte des problèmes numériques de grande taille qui sont très couteux à résoudre. Des schémas numériques sophistiqués sont donc nécessaires pour effectuer des simulations précises d'instabilités hydro-dynamiques à grande échelle. Dans ce travail, nous présentons différentes méthodes numériques qui permettent de simuler efficacement et avec précision les instabilités dues aux gradients de densité. Ces nouvelles méthodes sont basées sur les volumes finis multi-échelles. L'idée est de projeter le problème original à une échelle plus grande où il est moins coûteux à résoudre puis de relever la solution grossière vers l'échelle de départ. Cette technique est particulièrement adaptée pour résoudre des problèmes où une large gamme d'échelle intervient et évolue de manière spatio-temporelle. Ceci permet de réduire les coûts de calculs en limitant la description détaillée du problème aux régions qui contiennent un front de concentration mobile. Les aboutissements sont illustrés par la simulation de phénomènes tels que l'intrusion d'eau salée ou la séquestration de dioxyde de carbone.

Bioinformatic study of selection in animal genomes

Les gènes orthologues divergent sur plusieurs aspects durant l'évolution. Après une revue de la littérature cherchant à montrer de la divergence entre les orthologues de l'humain et de la souris, j'ai souligné les différentes causes de cette divergence. En comparant les gènes qui divergent en fonction, je n'ai pas trouvé de lien avec la divergence des séquences, pour cette raison je me suis penché sur l'étude de l'expression. Notamment, j'ai étudié le niveau, la spécificité ainsi que la présence/absence d'expression des orthologues humain-souris liés aux maladies Mendéliennes. Malgré les similarités trouvées entre l'humain et la souris, j'ai détecté une différence d'expression spécifique à une des deux espèces liée a un phénotype précis (gène essentiel/non-essentiel). Cela m'a permis de conclure que la différence sur le plan phénotypique entre l'humain et la souris est mieux expliquée par les patrons d'expression plutôt que le niveau d'expression ou la sélection. J'ai été également intéressé par l'évolution des séquences d'ADN codantes pour des protéines, en particulier sur le rôle de la sélection. J'ai commencé par une étude sur la fiabilité de détection de la sélection positive en comparant des séquences divergentes. J'ai trouvé, en utilisant le model de branche-site que la sélection peut être détectée sur des séquences qui ont divergé il y a plus de 500 millions d'années. J'ai analysé le biais de GC entres les séquences sans trouver une influence sur l'estimation de la sélection positive. Finalement, Je crois que ce travail est une première étape dans l'établissement d'un lien entre la sélection et les patrons d'expression des gènes chez les vertébrés.

Energy transduction in periodically driven non-hermitian systems

We show a new mechanism to extract energy from nonequilibrium fluctuations typical of periodically driven non-Hermitian systems. The transduction of energy between the driving force and the system is revealed by an anomalous behavior of the susceptibility, leading to a diminution of the dissipated power and consequently to an improvement of the transport properties. The general framework is illustrated by the analysis of some relevant cases.

Exact solution to the mean exit time problem for free inertial processes driven by Gaussian white noise

We obtain the exact analytical expression, up to a quadrature, for the mean exit time, T(x,v), of a free inertial process driven by Gaussian white noise from a region (0,L) in space. We obtain a completely explicit expression for T(x,0) and discuss the dependence of T(x,v) as a function of the size L of the region. We develop a new method that may be used to solve other exit time problems.

Bistability driven by white shot noise

We consider mean-first-passage times and transition rates in bistable systems driven by white shot noise. We obtain closed analytical expressions, asymptotic approximations, and numerical simulations in two cases of interest: (i) jumps sizes exponentially distributed and (ii) jumps of the same size.

Harmonic oscillators driven by colored noise: crossovers, resonances and spectra

We study second-order properties of linear oscillators driven by exponentially correlated noise. We focus our attention on dynamical exponents and crossovers and also on resonance phenomena that appear when the driving noise is dichotomous. We also obtain the power spectrum and show its different behaviors according to the color of the noise.

Bistability driven by dichotomous noise

We consider mean-first-passage times and transition rates in bistable systems driven by dichotomous colored noise. We carry out an asymptotic expansion for short correlation times ¿c of the colored noise and find results that differ from those reported earlier. In particular, to retain corrections to O(¿c) we find that it is necessary to retain up to four derivatives of the potential function. We compare our asymptotic results to existing ones and also to exact ones obtained from numerical integration.