A connectome-based comparison of diffusion MRI schemes.

Diffusion MRI has evolved towards an important clinical diagnostic and research tool. Though clinical routine is using mainly diffusion weighted and tensor imaging approaches, Q-ball imaging and diffusion spectrum imaging techniques have become more widely available. They are frequently used in research-oriented investigations in particular those aiming at measuring brain network connectivity. In this work, we aim at assessing the dependency of connectivity measurements on various diffusion encoding schemes in combination with appropriate data modeling. We process and compare the structural connection matrices computed from several diffusion encoding schemes, including diffusion tensor imaging, q-ball imaging and high angular resolution schemes, such as diffusion spectrum imaging with a publically available processing pipeline for data reconstruction, tracking and visualization of diffusion MR imaging. The results indicate that the high angular resolution schemes maximize the number of obtained connections when applying identical processing strategies to the different diffusion schemes. Compared to the conventional diffusion tensor imaging, the added connectivity is mainly found for pathways in the 50-100mm range, corresponding to neighboring association fibers and long-range associative, striatal and commissural fiber pathways. The analysis of the major associative fiber tracts of the brain reveals striking differences between the applied diffusion schemes. More complex data modeling techniques (beyond tensor model) are recommended 1) if the tracts of interest run through large fiber crossings such as the centrum semi-ovale, or 2) if non-dominant fiber populations, e.g. the neighboring association fibers are the subject of investigation. An important finding of the study is that since the ground truth sensitivity and specificity is not known, the comparability between results arising from different strategies in data reconstruction and/or tracking becomes implausible to understand.

Steganalytic Methods for the Detection of Histogram Shifting Data Hiding Schemes

Peer-reviewed

Spatial processing for frequency diversity schemes

A novel technique to obtain optimum blind spatialprocessing for frequency diversity spread spectrum (FDSS) communicationsystems is introduced. The sufficient statistics for alinear combiner, which prove ineffective due to the interferers frequencycharacteristics, are modified to yield improved detectionunder partial jamming in the spectral domain. Robustness to partialtime jamming is achieved by extending the notion of replicasover the frequency axis to a repetition over the time variable. Analysisand simulations are provided, showing the advantages of usingFDSS with spatial diversity to combat the interference when it isconfined to a narrow frequency band or short time interval relativeto the desired signal extent in either domain.

Do we need to revise the tripartite subdivision hypothesis of the human subthalamic nucleus (STN)? Response to Alkemade and Forstmann.

Recently in this journal, Alkemade and Forstmann again challenged the evidence for a tripartite organisation to the subthalamic nucleus (STN) (Alkemade & Forstmann 2014). Additionally, they raised specific issues with the earlier published results using 3T MRI to perform in vivo diffusion weighted imaging (DWI) based segmentation of the STN (Lambert et al. 2012). Their comments reveal a common misconception related to the underlying methodologies used, which we clarify in this reply, in addition to highlighting how their current conclusions are synonymous with our original paper. The ongoing debate, instigated by the controversies surrounding STN parcellation, raises important implications for the assumptions and methodologies employed in mapping functional brain anatomy, both in vivo and ex vivo, and reveals a fundamental emergent problem with the current techniques. These issues are reviewed, and potential strategies that could be developed to manage them in the future are discussed further.

Readout schemes for low noise single-photon avalanche diodes fabricated in conventional HV-CMOS technologies

Three different pixels based on single-photon avalanche diodes for triggered applications, such as fluorescence lifetime measurements and high energy physics experiments, are presented. Each pixel consists of a 20µm x 100µm (width x length) single photon avalanche diode and a monolithically integrated readout circuit. The sensors are operated in the gated mode of acquisition to reduce the probability to detect noise counts interferring with real radiation events. Each pixel includes a different readout circuit that allows to use low reverse bias overvoltages. Experimental results demonstrate that the three pixels present a similar behaviour. The pixels get rid of afterpulses and present a reduced dark count probability by applying the gated operation. Noise figures are further improved by using low reverse bias overvoltages. The detectors exhibit an input dynamic range of 13.35 bits with short gated"on" periods of 10ns and a reverse bias overvoltage of 0.5V. The three pixels have been fabricated in a standard HV-CMOS process.

Adaptive optimization schemes for mobile VoIP applications Battery life and call quality aspects

In this thesis programmatic, application-layer means for better energy-efficiency in the VoIP application domain are studied. The work presented concentrates on optimizations which are suitable for VoIP-implementations utilizing SIP and IEEE 802.11 technologies. Energy-saving optimizations can have an impact on perceived call quality, and thus energy-saving means are studied together with those factors affecting perceived call quality. In this thesis a general view on a topic is given. Based on theory, adaptive optimization schemes for dynamic controlling of application's operation are proposed. A runtime quality model, capable of being integrated into optimization schemes, is developed for VoIP call quality estimation. Based on proposed optimization schemes, some power consumption measurements are done to find out achievable advantages. Measurement results show that a reduction in power consumption is possible to achieve with the help of adaptive optimization schemes.

k-Casein gene frequencies support subdivision and historical origin of Argentine Creole cattle

Gene frequencies at the k-casein locus were estimated in six different herds (N = 180) of Argentinean Creole cattle. The results showed a strong influence of subdivision and independent evolution on the divergence of the observed gene frequencies. These results suggest that the population structure of these herds favor the maintenance of polymorphism, which is of crucial importance for the long-time survival of populations.

Variational Monte Carlo study of core-valence separation schemes for first-row atoms and positive ions /

All-electron partitioning of wave functions into products ^core^vai of core and valence parts in orbital space results in the loss of core-valence antisymmetry, uncorrelation of motion of core and valence electrons, and core-valence overlap. These effects are studied with the variational Monte Carlo method using appropriately designed wave functions for the first-row atoms and positive ions. It is shown that the loss of antisymmetry with respect to interchange of core and valence electrons is a dominant effect which increases rapidly through the row, while the effect of core-valence uncorrelation is generally smaller. Orthogonality of the core and valence parts partially substitutes the exclusion principle and is absolutely necessary for meaningful calculations with partitioned wave functions. Core-valence overlap may lead to nonsensical values of the total energy. It has been found that even relatively crude core-valence partitioned wave functions generally can estimate ionization potentials with better accuracy than that of the traditional, non-partitioned ones, provided that they achieve maximum separation (independence) of core and valence shells accompanied by high internal flexibility of ^core and Wvai- Our best core-valence partitioned wave function of that kind estimates the IP's with an accuracy comparable to the most accurate theoretical determinations in the literature.

Optimization of p-cycle protection schemes in optical networks

La survie des réseaux est un domaine d'étude technique très intéressant ainsi qu'une préoccupation critique dans la conception des réseaux. Compte tenu du fait que de plus en plus de données sont transportées à travers des réseaux de communication, une simple panne peut interrompre des millions d'utilisateurs et engendrer des millions de dollars de pertes de revenu. Les techniques de protection des réseaux consistent à fournir une capacité supplémentaire dans un réseau et à réacheminer les flux automatiquement autour de la panne en utilisant cette disponibilité de capacité. Cette thèse porte sur la conception de réseaux optiques intégrant des techniques de survie qui utilisent des schémas de protection basés sur les p-cycles. Plus précisément, les p-cycles de protection par chemin sont exploités dans le contexte de pannes sur les liens. Notre étude se concentre sur la mise en place de structures de protection par p-cycles, et ce, en supposant que les chemins d'opération pour l'ensemble des requêtes sont définis a priori. La majorité des travaux existants utilisent des heuristiques ou des méthodes de résolution ayant de la difficulté à résoudre des instances de grande taille. L'objectif de cette thèse est double. D'une part, nous proposons des modèles et des méthodes de résolution capables d'aborder des problèmes de plus grande taille que ceux déjà présentés dans la littérature. D'autre part, grâce aux nouveaux algorithmes, nous sommes en mesure de produire des solutions optimales ou quasi-optimales. Pour ce faire, nous nous appuyons sur la technique de génération de colonnes, celle-ci étant adéquate pour résoudre des problèmes de programmation linéaire de grande taille. Dans ce projet, la génération de colonnes est utilisée comme une façon intelligente d'énumérer implicitement des cycles prometteurs. Nous proposons d'abord des formulations pour le problème maître et le problème auxiliaire ainsi qu'un premier algorithme de génération de colonnes pour la conception de réseaux protegées par des p-cycles de la protection par chemin. L'algorithme obtient de meilleures solutions, dans un temps raisonnable, que celles obtenues par les méthodes existantes. Par la suite, une formulation plus compacte est proposée pour le problème auxiliaire. De plus, nous présentons une nouvelle méthode de décomposition hiérarchique qui apporte une grande amélioration de l'efficacité globale de l'algorithme. En ce qui concerne les solutions en nombres entiers, nous proposons deux méthodes heurisiques qui arrivent à trouver des bonnes solutions. Nous nous attardons aussi à une comparaison systématique entre les p-cycles et les schémas classiques de protection partagée. Nous effectuons donc une comparaison précise en utilisant des formulations unifiées et basées sur la génération de colonnes pour obtenir des résultats de bonne qualité. Par la suite, nous évaluons empiriquement les versions orientée et non-orientée des p-cycles pour la protection par lien ainsi que pour la protection par chemin, dans des scénarios de trafic asymétrique. Nous montrons quel est le coût de protection additionnel engendré lorsque des systèmes bidirectionnels sont employés dans de tels scénarios. Finalement, nous étudions une formulation de génération de colonnes pour la conception de réseaux avec des p-cycles en présence d'exigences de disponibilité et nous obtenons des premières bornes inférieures pour ce problème.

Extension of Wu-Peters bounds to Catmull-Clark and 4-8 subdivision

La méthode de subdivision Catmull-Clark ainsi que la méthode de subdivision Loop sont des normes industrielle de facto. D'autre part, la méthode de subdivision 4-8 est bien adaptée à la subdivision adaptative, parce que cette méthode augmente le nombre de faces ou de sommets par seulement un facteur de 2 à chaque raffinement. Cela promet d'être plus pratique pour atteindre un niveau donné de précision. Dans ce mémoire, nous présenterons une méthode permettant de paramétrer des surfaces de subdivision de la méthode Catmull-Clark et de la méthode 4-8. Par conséquent, de nombreux algorithmes mis au point pour des surfaces paramétriques pourrant être appliqués aux surfaces de subdivision Catmull-Clark et aux surfaces de subdivision 4-8. En particulier, nous pouvons calculer des bornes garanties et réalistes sur les patches, un peu comme les bornes correspondantes données par Wu-Peters pour la méthode de subdivision Loop.

New simulation schemes for the Heston model

Les titres financiers sont souvent modélisés par des équations différentielles stochastiques (ÉDS). Ces équations peuvent décrire le comportement de l'actif, et aussi parfois certains paramètres du modèle. Par exemple, le modèle de Heston (1993), qui s'inscrit dans la catégorie des modèles à volatilité stochastique, décrit le comportement de l'actif et de la variance de ce dernier. Le modèle de Heston est très intéressant puisqu'il admet des formules semi-analytiques pour certains produits dérivés, ainsi qu'un certain réalisme. Cependant, la plupart des algorithmes de simulation pour ce modèle font face à quelques problèmes lorsque la condition de Feller (1951) n'est pas respectée. Dans ce mémoire, nous introduisons trois nouveaux algorithmes de simulation pour le modèle de Heston. Ces nouveaux algorithmes visent à accélérer le célèbre algorithme de Broadie et Kaya (2006); pour ce faire, nous utiliserons, entre autres, des méthodes de Monte Carlo par chaînes de Markov (MCMC) et des approximations. Dans le premier algorithme, nous modifions la seconde étape de la méthode de Broadie et Kaya afin de l'accélérer. Alors, au lieu d'utiliser la méthode de Newton du second ordre et l'approche d'inversion, nous utilisons l'algorithme de Metropolis-Hastings (voir Hastings (1970)). Le second algorithme est une amélioration du premier. Au lieu d'utiliser la vraie densité de la variance intégrée, nous utilisons l'approximation de Smith (2007). Cette amélioration diminue la dimension de l'équation caractéristique et accélère l'algorithme. Notre dernier algorithme n'est pas basé sur une méthode MCMC. Cependant, nous essayons toujours d'accélérer la seconde étape de la méthode de Broadie et Kaya (2006). Afin de réussir ceci, nous utilisons une variable aléatoire gamma dont les moments sont appariés à la vraie variable aléatoire de la variance intégrée par rapport au temps. Selon Stewart et al. (2007), il est possible d'approximer une convolution de variables aléatoires gamma (qui ressemble beaucoup à la représentation donnée par Glasserman et Kim (2008) si le pas de temps est petit) par une simple variable aléatoire gamma.

Reliable Solid Modelling Using Subdivision Surfaces

Les surfaces de subdivision fournissent une méthode alternative prometteuse dans la modélisation géométrique, et ont des avantages sur la représentation classique de trimmed-NURBS, en particulier dans la modélisation de surfaces lisses par morceaux. Dans ce mémoire, nous considérons le problème des opérations géométriques sur les surfaces de subdivision, avec l'exigence stricte de forme topologique correcte. Puisque ce problème peut être mal conditionné, nous proposons une approche pour la gestion de l'incertitude qui existe dans le calcul géométrique. Nous exigeons l'exactitude des informations topologiques lorsque l'on considère la nature de robustesse du problème des opérations géométriques sur les modèles de solides, et il devient clair que le problème peut être mal conditionné en présence de l'incertitude qui est omniprésente dans les données. Nous proposons donc une approche interactive de gestion de l'incertitude des opérations géométriques, dans le cadre d'un calcul basé sur la norme IEEE arithmétique et la modélisation en surfaces de subdivision. Un algorithme pour le problème planar-cut est alors présenté qui a comme but de satisfaire à l'exigence topologique mentionnée ci-dessus.

Secret Sharing Schemes Using Visual Cryptography

Secret sharing schemes allow a secret to be shared among a group of participants so that only qualified subsets of participants can recover the secret. A visual cryptography scheme (VCS) is a special kind of secret sharing scheme in which the secret to share consists of an image and the shares consist of xeroxed transparencies which are stacked to recover the shared image. In this thesis we have given the theoretical background of Secret Sharing Schemes and the historical development of the subject. We have included a few examples to improve the readability of the thesis. We have tried to maintain the rigor of the treatment of the subject. The limitations and disadvantages of the various forms secret sharing schemes are brought out. Several new schemes for both dealing and combining are included in the thesis. We have introduced a new number system, called, POB number system. Representation using POB number system has been presented. Algorithms for finding the POB number and POB value are given.We have also proved that the representation using POB number system is unique and is more efficient. Being a new system, there is much scope for further development in this area.

Energy-Efficient Cluster based Routing Schemes for Static and Mobile Sensor Networks

The theme of the thesis is centred around one important aspect of wireless sensor networks; the energy-efficiency.The limited energy source of the sensor nodes calls for design of energy-efficient routing protocols. The schemes for protocol design should try to minimize the number of communications among the nodes to save energy. Cluster based techniques were found energy-efficient. In this method clusters are formed and data from different nodes are collected under a cluster head belonging to each clusters and then forwarded it to the base station.Appropriate cluster head selection process and generation of desirable distribution of the clusters can reduce energy consumption of the network and prolong the network lifetime. In this work two such schemes were developed for static wireless sensor networks.In the first scheme, the energy wastage due to cluster rebuilding incorporating all the nodes were addressed. A tree based scheme is presented to alleviate this problem by rebuilding only sub clusters of the network. An analytical model of energy consumption of proposed scheme is developed and the scheme is compared with existing cluster based scheme. The simulation study proved the energy savings observed.The second scheme concentrated to build load-balanced energy efficient clusters to prolong the lifetime of the network. A voting based approach to utilise the neighbor node information in the cluster head selection process is proposed. The number of nodes joining a cluster is restricted to have equal sized optimum clusters. Multi-hop communication among the cluster heads is also introduced to reduce the energy consumption. The simulation study has shown that the scheme results in balanced clusters and the network achieves reduction in energy consumption.The main conclusion from the study was the routing scheme should pay attention on successful data delivery from node to base station in addition to the energy-efficiency. The cluster based protocols are extended from static scenario to mobile scenario by various authors. None of the proposals addresses cluster head election appropriately in view of mobility. An elegant scheme for electing cluster heads is presented to meet the challenge of handling cluster durability when all the nodes in the network are moving. The scheme has been simulated and compared with a similar approach.The proliferation of sensor networks enables users with large set of sensor information to utilise them in various applications. The sensor network programming is inherently difficult due to various reasons. There must be an elegant way to collect the data gathered by sensor networks with out worrying about the underlying structure of the network. The final work presented addresses a way to collect data from a sensor network and present it to the users in a flexible way.A service oriented architecture based application is built and data collection task is presented as a web service. This will enable composition of sensor data from different sensor networks to build interesting applications. The main objective of the thesis was to design energy-efficient routing schemes for both static as well as mobile sensor networks. A progressive approach was followed to achieve this goal.