Hyperbolic reaction-diffusion equations for a forest fire model

Forest fire models have been widely studied from the context of self-organized criticality and from the ecological properties of the forest and combustion. On the other hand, reaction-diffusion equations have interesting applications in biology and physics. We propose here a model for fire propagation in a forest by using hyperbolic reaction-diffusion equations. The dynamical and thermodynamical aspects of the model are analyzed in detail

Reaction-diffusion wave fronts: Multigeneration biological species under climate change

A generalization of reaction-diffusion models to multigeneration biological species is presented. It is based on more complex random walks than those in previous approaches. The new model is developed analytically up to infinite order. Our predictions for the speed agree to experimental data for several butterfly species better than existing models. The predicted dependence for the speed on the number of generations per year allows us to explain the change in speed observed for a specific invasion

Speed of reaction-diffusion fronts in spatially heterogeneous media

The front speed problem for nonuniform reaction rate and diffusion coefficient is studied by using singular perturbation analysis, the geometric approach of Hamilton-Jacobi dynamics, and the local speed approach. Exact and perturbed expressions for the front speed are obtained in the limit of large times. For linear and fractal heterogeneities, the analytic results have been compared with numerical results exhibiting a good agreement. Finally we reach a general expression for the speed of the front in the case of smooth and weak heterogeneities

Speed of wave-front solutions to hyperbolic reaction-diffusion equations

The asymptotic speed problem of front solutions to hyperbolic reaction-diffusion (HRD) equations is studied in detail. We perform linear and variational analyses to obtain bounds for the speed. In contrast to what has been done in previous work, here we derive upper bounds in addition to lower ones in such a way that we can obtain improved bounds. For some functions it is possible to determine the speed without any uncertainty. This is also achieved for some systems of HRD (i.e., time-delayed Lotka-Volterra) equations that take into account the interaction among different species. An analytical analysis is performed for several systems of biological interest, and we find good agreement with the results of numerical simulations as well as with available observations for a system discussed recently

Time-delayed reaction-diffusion fronts

A time-delayed second-order approximation for the front speed in reaction-dispersion systems was obtained by Fort and Méndez [Phys. Rev. Lett. 82, 867 (1999)]. Here we show that taking proper care of the effect of the time delay on the reactive process yields a different evolution equation and, therefore, an alternate equation for the front speed. We apply the new equation to the Neolithic transition. For this application the new equation yields speeds about 10% slower than the previous one

Single loci with major effects in fire ants : the effects of the complementary sex-determining locus and the green beard supergene on gene expression

Etant données la complexité et la redondance des réseaux de gènes influençant de nombreux phénotypes, l'étude des rares cas d'un locus unique ayant des effets importants sur de nombreux phénotypes peut fournir des informations cruciales sur l'évolution des traits complexes. Nous avons séquencé le génome de la fourmi de feu Solenopsis invicta pour étudier comment l'expression des gènes détermine les effets majeurs et étendus de deux loci uniques sur le phénotype. Le premier locus concerne la détermination du sexe par le modèle des allèles complémentaires. Ce locus est connu pour déterminer le sexe chez tous les hyménoptères mais n'a été caractérisé que chez les abeilles. Les hétérozygotes pour ce locus se développent en reines diploïdes (ou ouvrières stériles) alors que les homozygotes se développent en mâles diploïdes incapables de produire du sperme et les hémizygotes en mâles haploïdes fertiles. Nous avons comparé l'expression des gènes entre les reines et les deux types de mâles au stade pupe, ainsi que 1 et 11 jours après l'émergence. Nous avons trouvé un changement prononcé de l'expression des gènes chez les mâles diploïdes, passant de très proche de celle des reines au stade pupe à identique aux mâles haploïdes 11 jours après l'émergence. Cela signifie que les mâles diploïdes sont condamnés à être stériles parce que les effets après émergence du locus de détermination du sexe ne per¬mettent pas d'effacer les effets de la ploïdie sur l'expression des gènes pendant le stade pupe, quand la spermatogénèse prend place. Le second locus aux effets majeurs que nous avons étudié est le supergène dit "green beard", qui consiste en 616 gènes couvrant 55% d'un chromosome (13 Mb) et est caractérisé par une absence de recombinaison entre les deux variants du supergène : "Social B" et "Social b" (SB et Sb). Au travers de l'effet "green beard", par lequel les ouvrières avec le supergène Sb discriminent favorablement les reines qui partagent ce supergène de façon perceptible, le génotype des reines fondatrices au niveau de ce supergène détermine l'organisation de la colonie : soit elle contient une seule reine SB/SB, soit plusieurs reines SB/Sb. Nous avons montré que le chromosome Sb a évolué comme le chromosome Y, accumulant probablement des allèles favorables dans des colonies avec plusieurs reines mais défavorables dans des colonies avec une seule reine (cf. gènes sexuellement antagonistes), ainsi que des transposons et des séquences répéti¬tives. Nous avons également montré que le polymorphisme du supergène cause de grandes différences d'expression chez les ouvrières et particulièrement les reines mais pas chez les mâles. Pour comprendre comment le polymorphisme du supergène chez les reines peut affecter l'organisation de la colonie, nous avons comparé l'expression entre les génotypes SB/SB et SB/Sb chez des reines vierges (1 et 11 jours) et des reines matures. Nous avons montré que les reines SB/SB sur-régulent des gènes impliqués dans la reproduction, expli-quant pourquoi elle grandissent plus rapidement et peuvent fonder des colonies de façon indépendante, tandis que les reines SB/Sb (qui ne peuvent fonder une nouvelle colonie) sur-régulent des gènes de signalement chimique qui affectent l'organisation des colonies par l'effet "green beard". - Given the complexity and redundancy of the gene networks that underlie many pheno- types, the study of rare cases of a single locus having major effects on many phenotypes can give powerful insights into the evolution of complex traits. We sequenced the genome of Solenopsis invicta fire ants to study how gene expression mediates the widespread major effects of two single loci on phenotype. The first is the complementary sex-determining locus, which is known to exist in most Hymenoptera despite being characterized only for honeybees. Heterozygotes at this locus become diploid queens (or sterile workers), homozy¬gotes become aspermic diploid males, and hemizygotes become fertile haploid males. We compared gene expression between queens and both types of males in pupae and 1 and 11 days after eclosion. We found a pronounced shift in gene expression in diploid males, from being nearly identical to queens as pupae to identical to haploid males 11 days after eclosion. This means that diploid males are condemned to sterility because the overriding effects of the sex locus after eclosion cannot undo the ploidy effects on expression during the pupal stage, when spermatogenesis must be completed. The second locus with major ef¬fects that we studied was the so-called "green beard" supergene, which consists of 616 genes encompassing 55% of one chromosome (13 Mb), without recombination between the two variants "Social B" and "Social b" (SB and Sb) supergene. Through the green beard effect, i.e. workers with the Sb supergene discriminating in favor of queens who perceptibly share this supergene, the founding queen's genotype at the supergene determines colony organi¬zation: either headed by a single SB/SB queen or many SB/Sb queens. We show that the Sb chromosome evolved like a Y-chromosome, probably accumulating alleles beneficial in multi-queen colonies but disadvantageous in single-queen colonies (cf. sexually antagonistic genes), as well as transposons and repetitive sequences. We also show that the polymor¬phism of the supergene causes widespread expression differences in workers and especially queens but not in males. To understand how the polymorphism at the supergene in queen can transform colony organization, we compared the expression between SB/SB and SB/Sb virgin queens (1 and 11 days) and mother queens. We show that SB/SB queens up-regulate genes involved in reproduction, explaining why they mature faster and can found colonies independently, while SB/Sb queens (which cannot found colonies) up-regulate chemical signaling genes that can transform colonies through the green beard effect.

Reaction-diffusion waves of advance in the transition to agricultural economics

In a previous paper [J.Fort and V.Méndez, Phys. Rev. Lett. 82, 867 (1999)], the possible importance of higher-order terms in a human population wave of advance has been studied. However, only a few such terms were considered. Here we develop a theory including all higher-order terms. Results are in good agreement with the experimental evidence involving the expansion of agriculture in Europe

State of Iowa Single Audit Report, June 30, 2003

State Agency Audit Report Independent Auditor's Reports Iowa Comprehensive Annual Financial Report - Financial Section Schedule of expenditures of Federal Awards Schedule of findings and questioned costs

Altered structural connectivity in patients with medial temporal lobe epilepsy: A Diffusion Spectrum Imaging and Graph Analysis study

In this study we investigated the effect of medial temporal lobe epilepsy (MTLE) on the global characteristics of brain connectivity estimated by topological measures. We used DSI (Diffusion Spectrum Imaging) to construct a connectivity matrix where the nodes represents the anatomical ROIs and the edges are the connections between any pair of ROIs weighted by the mean GFA/FA values. A significant difference was found between the patient group vs control group in characteristic path length, clustering coefficient and small-worldness. This suggests that the MTLE network is less efficient compared to the network of the control group.

Decoding decisions in healthy subjects and auditory discrimination in comatose patients through single-trial topographic EEG analyses

Neuroimaging studies analyzing neurophysiological signals are typically based on comparing averages of peri-stimulus epochs across experimental conditions. This approach can however be problematic in the case of high-level cognitive tasks, where response variability across trials is expected to be high and in cases where subjects cannot be considered part of a group. The main goal of this thesis has been to address this issue by developing a novel approach for analyzing electroencephalography (EEG) responses at the single-trial level. This approach takes advantage of the spatial distribution of the electric field on the scalp (topography) and exploits repetitions across trials for quantifying the degree of discrimination between experimental conditions through a classification scheme. In the first part of this thesis, I developed and validated this new method (Tzovara et al., 2012a,b). Its general applicability was demonstrated with three separate datasets, two in the visual modality and one in the auditory. This development allowed then to target two new lines of research, one in basic and one in clinical neuroscience, which represent the second and third part of this thesis respectively. For the second part of this thesis (Tzovara et al., 2012c), I employed the developed method for assessing the timing of exploratory decision-making. Using single-trial topographic EEG activity during presentation of a choice's payoff, I could predict the subjects' subsequent decisions. This prediction was due to a topographic difference which appeared on average at ~516ms after the presentation of payoff and was subject-specific. These results exploit for the first time the temporal correlates of individual subjects' decisions and additionally show that the underlying neural generators start differentiating their responses already ~880ms before the button press. Finally, in the third part of this project, I focused on a clinical study with the goal of assessing the degree of intact neural functions in comatose patients. Auditory EEG responses were assessed through a classical mismatch negativity paradigm, during the very early phase of coma, which is currently under-investigated. By taking advantage of the decoding method developed in the first part of the thesis, I could quantify the degree of auditory discrimination at the single patient level (Tzovara et al., in press). Our results showed for the first time that even patients who do not survive the coma can discriminate sounds at the neural level, during the first hours after coma onset. Importantly, an improvement in auditory discrimination during the first 48hours of coma was predictive of awakening and survival, with 100% positive predictive value. - L'analyse des signaux électrophysiologiques en neuroimagerie se base typiquement sur la comparaison des réponses neurophysiologiques à différentes conditions expérimentales qui sont moyennées après plusieurs répétitions d'une tâche. Pourtant, cette approche peut être problématique dans le cas des fonctions cognitives de haut niveau, où la variabilité des réponses entre les essais peut être très élevéeou dans le cas où des sujets individuels ne peuvent pas être considérés comme partie d'un groupe. Le but principal de cette thèse est d'investiguer cette problématique en développant une nouvelle approche pour l'analyse des réponses d'électroencephalographie (EEG) au niveau de chaque essai. Cette approche se base sur la modélisation de la distribution du champ électrique sur le crâne (topographie) et profite des répétitions parmi les essais afin de quantifier, à l'aide d'un schéma de classification, le degré de discrimination entre des conditions expérimentales. Dans la première partie de cette thèse, j'ai développé et validé cette nouvelle méthode (Tzovara et al., 2012a,b). Son applicabilité générale a été démontrée avec trois ensembles de données, deux dans le domaine visuel et un dans l'auditif. Ce développement a permis de cibler deux nouvelles lignes de recherche, la première dans le domaine des neurosciences cognitives et l'autre dans le domaine des neurosciences cliniques, représentant respectivement la deuxième et troisième partie de ce projet. En particulier, pour la partie cognitive, j'ai appliqué cette méthode pour évaluer l'information temporelle de la prise des décisions (Tzovara et al., 2012c). En se basant sur l'activité topographique de l'EEG au niveau de chaque essai pendant la présentation de la récompense liée à un choix, on a pu prédire les décisions suivantes des sujets (en termes d'exploration/exploitation). Cette prédiction s'appuie sur une différence topographique qui apparaît en moyenne ~516ms après la présentation de la récompense. Ces résultats exploitent pour la première fois, les corrélés temporels des décisions au niveau de chaque sujet séparément et montrent que les générateurs neuronaux de ces décisions commencent à différentier leurs réponses déjà depuis ~880ms avant que les sujets appuient sur le bouton. Finalement, pour la dernière partie de ce projet, je me suis focalisée sur une étude Clinique afin d'évaluer le degré des fonctions neuronales intactes chez les patients comateux. Des réponses EEG auditives ont été examinées avec un paradigme classique de mismatch negativity, pendant la phase précoce du coma qui est actuellement sous-investiguée. En utilisant la méthode de décodage développée dans la première partie de la thèse, j'ai pu quantifier le degré de discrimination auditive au niveau de chaque patient (Tzovara et al., in press). Nos résultats montrent pour la première fois que même des patients comateux qui ne vont pas survivre peuvent discriminer des sons au niveau neuronal, lors de la phase aigue du coma. De plus, une amélioration dans la discrimination auditive pendant les premières 48heures du coma a été observée seulement chez des patients qui se sont réveillés par la suite (100% de valeur prédictive pour un réveil).

Contribution of genome-wide significant single-nucleotide polymorphisms and antiretroviral therapy to dyslipidemia in HIV-infected individuals : a longitudinal study

Rapport de synthèse :Les individus HIV-positifs constituent une population à risque pour les maladies cardiovasculaires telles que |'infarctus cardiaque ou cérébrale. Celles-ci découlent d'une formation accélérée d'athéroscIérose. Ces pathologies s'expliquent en grande partie par une dyslipidémie observée au sein de cette population et qui sont dues à des facteurs externes tels que : l'immunosuppression avancée, la virémie non-contrôlée, et les effets de la thérapie antirétrovirale. Récemment, des polymorphismes nucléotidiques simples (SNP) associés à la dyslipidémie ont été mis en évidence d'une manière globale par des Genome-Wide Association Studies (GWAS). Le but principal de cette étude est d'éva|uer et de valider |'effet cumulatif des SNP identifiés dans ces GWAS pour la dyslipidémie chez des patients HIV-positifs. De plus, |'identification des facteurs non-génétiques qui contribuent à la dyslipidémie démontrent |'importance des facteurs externes, tels que mentionnés ci- dessus, et en particulier à ceux de la thérapie antirétrovirale.Les participants de l'étude proviennent de trois groupes: 426 personnes sélectionnées pour une étude précédente, 222 personnes sélectionnées de façon arbitraire dans la "Cohorte HIV Suisse" et 103 personnes sélectionnées avec un "New-Onset Diabetes mellitus" identifiées lors d'études précédentes. Ces individus ont contribué à plus de 34'000 mesures de lipides sur une durée moyenne supérieure à 7 ans. Pour l'étude, 33 SNP identifiés dans des GWAS et 9 SNP identifiés dans d'autres études publiées dans la littérature non-couverte par des GWAS ont été repris. Le génotypage a été complété pour 745 (99.2%) des 751 participants. Pour les analyses statistiques, les thérapies antirétrovirales ont été divisées en trois groupes (favorisant peu, moyennement et fortement la dyslipidémie), et trois scores génétiques ont été créés (profil favorable, moyennement favorable, non favorable/favorisant la dyslipidémie). Dans un premier temps, l'effet sur la valeur des lipides d'un ou deux allèles variants a été analysé au moyen d'un modèle de régression pour chaque SNP en ajustant le modèle pour les variables non- génétiques. Dans un deuxième temps, les SNP ayant une valeur p >= à 0.2 ont été repris dans un model Multi-SNP, ce modèle est également ajusté pour les variables non-génétiques. Puisque cette étude se base sur des SNP précédemment identifiés, celle-ci évalue uniquement l'association établie entre chaque SNP et les critères qui ont été établis au préalable, tels que : Cholestérol totale, HDL Cholestérol, non-HDL Cholestérol ou Triglycérides. Les résultats trouvés lors de |'étude confirment les résultats de la littérature. Cette étude montre que les SNP associés à la dyslipidémie doivent être analysés dans le contexte d'une thérapie antirétrovirale en tenant compte de la démographie et en considérant les valeurs du HIV (CD4+, virémie). Ces SNP montrent une tendance à prédire une dyslipidémie prolongée chez l'individu. En effet, un patient avec une thérapie antirétrovirale favorisant la dyslipidémie et un patrimoine génétique non-favorable a un risque qui est 3-f0is plus important d'avoir un Non-HDL- Cholestérol élevé, 5-fois plus important d'avoir un HDL-Cholestérol abaissé, et 4 à 5-fois plus important d'avoir une hypertriglycéridémie qu'un patient qui suit une thérapie antirétrovirale favorisant peu la dyslipidémie qui a un patrimoine génétique favorable. Vu la corrélation entre les SNP et la thérapie antirétrovirale, les cliniciens devraient intégrer les informations génétiques afin de choisir une thérapie antirétrovirale en fonction du patrimoine génétique.

Charge transfer in DNA: hole charge is confined to a single base pair due to solvation effects

We include solvation effects in tight-binding Hamiltonians for hole states in DNA. The corresponding linear-response parameters are derived from accurate estimates of solvation energy calculated for several hole charge distributions in DNA stacks. Two models are considered: (A) the correction to a diagonal Hamiltonian matrix element depends only on the charge localized on the corresponding site and (B) in addition to this term, the reaction field due to adjacent base pairs is accounted for. We show that both schemes give very similar results. The effects of the polar medium on the hole distribution in DNA are studied. We conclude that the effects of polar surroundings essentially suppress charge delocalization in DNA, and hole states in (GC)n sequences are localized on individual guanines

Study Circles/Honest Conversations, 2004

Brochure produced by the Iowa Civil Rights Commission. This contains page one and page two in a single PDF file.

A Pneumocystis jirovecii pneumonia outbreak in a single kidney-transplant center: role of cytomegalovirus co-infection.

Pneumocystis jirovecii pneumonia (PCP) and cytomegalovirus (CMV) infection represent possible complications of medical immunosuppression. Between 2005 and 2010, non-human immunodeficiency virus (HIV) PCP patients admitted to a nephrology unit were analyzed for outcome, CMV comorbidity, and patient-to-patient contacts prior to PCP. In contrast to 2002-2004 (no cases) and 2008-2010 (10 cases), a PCP outbreak of 29 kidney-transplant recipients and one patient with anti-glomerular basement membrane disease occurred between 2005 and 2007. None of the patients were on PCP chemoprophylaxis. In four PCP patients, the genotyping data of bronchoalveolar lavage specimen showed an identical Pneumocystis strain. PCP cases had a higher incidence of CMV infection (12 of 30 PCP patients) and CMV disease (four patients) when compared to matched PCP-free controls (p < 0.05). Cotrimoxazole and, if applicable, ganciclovir were started 2.0 ± 4.0 days following admission, and immunosuppressive medication was reduced. In-hospital mortality was 10% and the three-year mortality was 20%. CMV co-infection did not affect mortality. CMV co-infection more frequently occurred during a cluster outbreak of non-HIV PCP in comparison to PCP-free controls. Here, CMV awareness and specific therapy of both CMV infection and PCP led to a comparatively favorable patient outcome. The role of patient isolation should be further investigated in incident non-HIV PCP.

Diffusion-weighted MRI in metastatic gastrointestinal tumors (GIST): A pilot study on the assessment of treatment response in comparison with 18F-FDG PET/CT

Purpose: To evaluate the clinical potential of diffusion-weighted MR imaging with apparent diffusion coefficient (ADC) mapping for the assessment of gastrointestinal stromal tumor (GIST) response to targeted therapy in comparison with 18F-FDG PET/CT. Methods and materials: Five patients (3W/2M, aged 56 ± 13 y) with metastatic GIST underwent both a 18F-FDG PET/CT (Discovery LS, GE Healthcare) and a MRI (VIBE T1 Gd, DWI [b = 50,300,600] and ADC mapping) before and after change in therapy. Exams were first analyzed blindly, then PET/CT images were coregistered to T1 Gd MR images for lesion detection. SUVmax and ADC were measured for the six largest lesions on MRI. The relationship between SUVmax and ADC was analyzed using Spearman's correlation. Results: Altogether, 24 lesions (15 hepatic and 9 non-hepatic) were analyzed on both modalities. Three PET/CT lesions (12.5%) were initially not considered on ADC and 4 lesions on the second PET/CT were excluded because of hepatic vascular activity spillover. SUVmax decreased from 7.2 ± 7.7 g/mL to 5.9 ± 5.9 g/mL (P = 0.53) and ADC increased from 1.2x10-3 mm2/s ± 0.4 to 1.4x10-3 mm2/s ± 0.4 (P = 0.07). There was a significant association between SUVmax decrease and ADC increase (rho= -0.64, P = 0.004). Conclusion: Changes in ADC from diffusion-weighted MRI reflect response of 18F-FDG-avid GIST to therapy. The exact diagnostic value of DWI needs to be investigated further, as well as the effect of lesion size and time under therapy before imaging. Furthermore, the proven association between SUVmax and ADC may be useful for the assessment of treatment response in 18F-FDG non-avid GIST.