The identification of Anopheles (Nyssorhynchus) rondoni (Diptera: Culicidae) in Mato Grosso, Brazil: an analysis of key character variability

A morphological study was made of a population of Anopheles (Nyssorhynchus) rondoni (Neiva and Pinto) from northern Mato Grosso, Brazil. This population usually lacked the primary key character of a dark basal band on hindtarsomere 3, i.e., hindtarsomere 3 was all white as in most other members of the subgenus. It was determined that this species can be recognized instead by the presence of a dark spot on the thorax made up of a large dark prescutellar space that is contiguous with a concolorous central area on the scutellum. A secondary character of a dark area on the costa created by the fusion of the humeral dark, presector dark and sector dark proximal spots is also usually reliable. Regression analyses comparing the lengths and ratios of the dark bands on hindtarsomeres 2 to those on 3 describe a straight line relationship. This suggests that the "atypical" population is at one end of a character gradient. We propose that in the subgenus Nyssorhynchus individuals that have a long basal band on hindtarsomere 2 are more likely to also have a basal band on hindtarsomere 3. The pupal stage of this species has not been previously described. Reared-associated specimens from this study show that the pupa can be easily differentiated from all other Nyssorhynchus by the relatively stout, usually 2 or 3 branched (1-5), setae 1 and 5 on segments IV-VII.

Species distribution models for conservation-oriented studies in Switzerland : filling data and tools gaps

SUMMARYSpecies distribution models (SDMs) represent nowadays an essential tool in the research fields of ecology and conservation biology. By combining observations of species occurrence or abundance with information on the environmental characteristic of the observation sites, they can provide information on the ecology of species, predict their distributions across the landscape or extrapolate them to other spatial or time frames. The advent of SDMs, supported by geographic information systems (GIS), new developments in statistical models and constantly increasing computational capacities, has revolutionized the way ecologists can comprehend species distributions in their environment. SDMs have brought the tool that allows describing species realized niches across a multivariate environmental space and predict their spatial distribution. Predictions, in the form of probabilistic maps showing the potential distribution of the species, are an irreplaceable mean to inform every single unit of a territory about its biodiversity potential. SDMs and the corresponding spatial predictions can be used to plan conservation actions for particular species, to design field surveys, to assess the risks related to the spread of invasive species, to select reserve locations and design reserve networks, and ultimately, to forecast distributional changes according to scenarios of climate and/or land use change.By assessing the effect of several factors on model performance and on the accuracy of spatial predictions, this thesis aims at improving techniques and data available for distribution modelling and at providing the best possible information to conservation managers to support their decisions and action plans for the conservation of biodiversity in Switzerland and beyond. Several monitoring programs have been put in place from the national to the global scale, and different sources of data now exist and start to be available to researchers who want to model species distribution. However, because of the lack of means, data are often not gathered at an appropriate resolution, are sampled only over limited areas, are not spatially explicit or do not provide a sound biological information. A typical example of this is data on 'habitat' (sensu biota). Even though this is essential information for an effective conservation planning, it often has to be approximated from land use, the closest available information. Moreover, data are often not sampled according to an established sampling design, which can lead to biased samples and consequently to spurious modelling results. Understanding the sources of variability linked to the different phases of the modelling process and their importance is crucial in order to evaluate the final distribution maps that are to be used for conservation purposes.The research presented in this thesis was essentially conducted within the framework of the Landspot Project, a project supported by the Swiss National Science Foundation. The main goal of the project was to assess the possible contribution of pre-modelled 'habitat' units to model the distribution of animal species, in particular butterfly species, across Switzerland. While pursuing this goal, different aspects of data quality, sampling design and modelling process were addressed and improved, and implications for conservation discussed. The main 'habitat' units considered in this thesis are grassland and forest communities of natural and anthropogenic origin as defined in the typology of habitats for Switzerland. These communities are mainly defined at the phytosociological level of the alliance. For the time being, no comprehensive map of such communities is available at the national scale and at fine resolution. As a first step, it was therefore necessary to create distribution models and maps for these communities across Switzerland and thus to gather and collect the necessary data. In order to reach this first objective, several new developments were necessary such as the definition of expert models, the classification of the Swiss territory in environmental domains, the design of an environmentally stratified sampling of the target vegetation units across Switzerland, the development of a database integrating a decision-support system assisting in the classification of the relevés, and the downscaling of the land use/cover data from 100 m to 25 m resolution.The main contributions of this thesis to the discipline of species distribution modelling (SDM) are assembled in four main scientific papers. In the first, published in Journal of Riogeography different issues related to the modelling process itself are investigated. First is assessed the effect of five different stepwise selection methods on model performance, stability and parsimony, using data of the forest inventory of State of Vaud. In the same paper are also assessed: the effect of weighting absences to ensure a prevalence of 0.5 prior to model calibration; the effect of limiting absences beyond the environmental envelope defined by presences; four different methods for incorporating spatial autocorrelation; and finally, the effect of integrating predictor interactions. Results allowed to specifically enhance the GRASP tool (Generalized Regression Analysis and Spatial Predictions) that now incorporates new selection methods and the possibility of dealing with interactions among predictors as well as spatial autocorrelation. The contribution of different sources of remotely sensed information to species distribution models was also assessed. The second paper (to be submitted) explores the combined effects of sample size and data post-stratification on the accuracy of models using data on grassland distribution across Switzerland collected within the framework of the Landspot project and supplemented with other important vegetation databases. For the stratification of the data, different spatial frameworks were compared. In particular, environmental stratification by Swiss Environmental Domains was compared to geographical stratification either by biogeographic regions or political states (cantons). The third paper (to be submitted) assesses the contribution of pre- modelled vegetation communities to the modelling of fauna. It is a two-steps approach that combines the disciplines of community ecology and spatial ecology and integrates their corresponding concepts of habitat. First are modelled vegetation communities per se and then these 'habitat' units are used in order to model animal species habitat. A case study is presented with grassland communities and butterfly species. Different ways of integrating vegetation information in the models of butterfly distribution were also evaluated. Finally, a glimpse to climate change is given in the fourth paper, recently published in Ecological Modelling. This paper proposes a conceptual framework for analysing range shifts, namely a catalogue of the possible patterns of change in the distribution of a species along elevational or other environmental gradients and an improved quantitative methodology to identify and objectively describe these patterns. The methodology was developed using data from the Swiss national common breeding bird survey and the article presents results concerning the observed shifts in the elevational distribution of breeding birds in Switzerland.The overall objective of this thesis is to improve species distribution models as potential inputs for different conservation tools (e.g. red lists, ecological networks, risk assessment of the spread of invasive species, vulnerability assessment in the context of climate change). While no conservation issues or tools are directly tested in this thesis, the importance of the proposed improvements made in species distribution modelling is discussed in the context of the selection of reserve networks.RESUMELes modèles de distribution d'espèces (SDMs) représentent aujourd'hui un outil essentiel dans les domaines de recherche de l'écologie et de la biologie de la conservation. En combinant les observations de la présence des espèces ou de leur abondance avec des informations sur les caractéristiques environnementales des sites d'observation, ces modèles peuvent fournir des informations sur l'écologie des espèces, prédire leur distribution à travers le paysage ou l'extrapoler dans l'espace et le temps. Le déploiement des SDMs, soutenu par les systèmes d'information géographique (SIG), les nouveaux développements dans les modèles statistiques, ainsi que la constante augmentation des capacités de calcul, a révolutionné la façon dont les écologistes peuvent comprendre la distribution des espèces dans leur environnement. Les SDMs ont apporté l'outil qui permet de décrire la niche réalisée des espèces dans un espace environnemental multivarié et prédire leur distribution spatiale. Les prédictions, sous forme de carte probabilistes montrant la distribution potentielle de l'espèce, sont un moyen irremplaçable d'informer chaque unité du territoire de sa biodiversité potentielle. Les SDMs et les prédictions spatiales correspondantes peuvent être utilisés pour planifier des mesures de conservation pour des espèces particulières, pour concevoir des plans d'échantillonnage, pour évaluer les risques liés à la propagation d'espèces envahissantes, pour choisir l'emplacement de réserves et les mettre en réseau, et finalement, pour prévoir les changements de répartition en fonction de scénarios de changement climatique et/ou d'utilisation du sol. En évaluant l'effet de plusieurs facteurs sur la performance des modèles et sur la précision des prédictions spatiales, cette thèse vise à améliorer les techniques et les données disponibles pour la modélisation de la distribution des espèces et à fournir la meilleure information possible aux gestionnaires pour appuyer leurs décisions et leurs plans d'action pour la conservation de la biodiversité en Suisse et au-delà. Plusieurs programmes de surveillance ont été mis en place de l'échelle nationale à l'échelle globale, et différentes sources de données sont désormais disponibles pour les chercheurs qui veulent modéliser la distribution des espèces. Toutefois, en raison du manque de moyens, les données sont souvent collectées à une résolution inappropriée, sont échantillonnées sur des zones limitées, ne sont pas spatialement explicites ou ne fournissent pas une information écologique suffisante. Un exemple typique est fourni par les données sur 'l'habitat' (sensu biota). Même s'il s'agit d'une information essentielle pour des mesures de conservation efficaces, elle est souvent approximée par l'utilisation du sol, l'information qui s'en approche le plus. En outre, les données ne sont souvent pas échantillonnées selon un plan d'échantillonnage établi, ce qui biaise les échantillons et par conséquent les résultats de la modélisation. Comprendre les sources de variabilité liées aux différentes phases du processus de modélisation s'avère crucial afin d'évaluer l'utilisation des cartes de distribution prédites à des fins de conservation.La recherche présentée dans cette thèse a été essentiellement menée dans le cadre du projet Landspot, un projet soutenu par le Fond National Suisse pour la Recherche. L'objectif principal de ce projet était d'évaluer la contribution d'unités 'd'habitat' pré-modélisées pour modéliser la répartition des espèces animales, notamment de papillons, à travers la Suisse. Tout en poursuivant cet objectif, différents aspects touchant à la qualité des données, au plan d'échantillonnage et au processus de modélisation sont abordés et améliorés, et leurs implications pour la conservation des espèces discutées. Les principaux 'habitats' considérés dans cette thèse sont des communautés de prairie et de forêt d'origine naturelle et anthropique telles que définies dans la typologie des habitats de Suisse. Ces communautés sont principalement définies au niveau phytosociologique de l'alliance. Pour l'instant aucune carte de la distribution de ces communautés n'est disponible à l'échelle nationale et à résolution fine. Dans un premier temps, il a donc été nécessaire de créer des modèles de distribution de ces communautés à travers la Suisse et par conséquent de recueillir les données nécessaires. Afin d'atteindre ce premier objectif, plusieurs nouveaux développements ont été nécessaires, tels que la définition de modèles experts, la classification du territoire suisse en domaines environnementaux, la conception d'un échantillonnage environnementalement stratifié des unités de végétation cibles dans toute la Suisse, la création d'une base de données intégrant un système d'aide à la décision pour la classification des relevés, et le « downscaling » des données de couverture du sol de 100 m à 25 m de résolution. Les principales contributions de cette thèse à la discipline de la modélisation de la distribution d'espèces (SDM) sont rassemblées dans quatre articles scientifiques. Dans le premier article, publié dans le Journal of Biogeography, différentes questions liées au processus de modélisation sont étudiées en utilisant les données de l'inventaire forestier de l'Etat de Vaud. Tout d'abord sont évalués les effets de cinq méthodes de sélection pas-à-pas sur la performance, la stabilité et la parcimonie des modèles. Dans le même article sont également évalués: l'effet de la pondération des absences afin d'assurer une prévalence de 0.5 lors de la calibration du modèle; l'effet de limiter les absences au-delà de l'enveloppe définie par les présences; quatre méthodes différentes pour l'intégration de l'autocorrélation spatiale; et enfin, l'effet de l'intégration d'interactions entre facteurs. Les résultats présentés dans cet article ont permis d'améliorer l'outil GRASP qui intègre désonnais de nouvelles méthodes de sélection et la possibilité de traiter les interactions entre variables explicatives, ainsi que l'autocorrélation spatiale. La contribution de différentes sources de données issues de la télédétection a également été évaluée. Le deuxième article (en voie de soumission) explore les effets combinés de la taille de l'échantillon et de la post-stratification sur le la précision des modèles. Les données utilisées ici sont celles concernant la répartition des prairies de Suisse recueillies dans le cadre du projet Landspot et complétées par d'autres sources. Pour la stratification des données, différents cadres spatiaux ont été comparés. En particulier, la stratification environnementale par les domaines environnementaux de Suisse a été comparée à la stratification géographique par les régions biogéographiques ou par les cantons. Le troisième article (en voie de soumission) évalue la contribution de communautés végétales pré-modélisées à la modélisation de la faune. C'est une approche en deux étapes qui combine les disciplines de l'écologie des communautés et de l'écologie spatiale en intégrant leurs concepts de 'habitat' respectifs. Les communautés végétales sont modélisées d'abord, puis ces unités de 'habitat' sont utilisées pour modéliser les espèces animales. Une étude de cas est présentée avec des communautés prairiales et des espèces de papillons. Différentes façons d'intégrer l'information sur la végétation dans les modèles de répartition des papillons sont évaluées. Enfin, un clin d'oeil aux changements climatiques dans le dernier article, publié dans Ecological Modelling. Cet article propose un cadre conceptuel pour l'analyse des changements dans la distribution des espèces qui comprend notamment un catalogue des différentes formes possibles de changement le long d'un gradient d'élévation ou autre gradient environnemental, et une méthode quantitative améliorée pour identifier et décrire ces déplacements. Cette méthodologie a été développée en utilisant des données issues du monitoring des oiseaux nicheurs répandus et l'article présente les résultats concernant les déplacements observés dans la distribution altitudinale des oiseaux nicheurs en Suisse.L'objectif général de cette thèse est d'améliorer les modèles de distribution des espèces en tant que source d'information possible pour les différents outils de conservation (par exemple, listes rouges, réseaux écologiques, évaluation des risques de propagation d'espèces envahissantes, évaluation de la vulnérabilité des espèces dans le contexte de changement climatique). Bien que ces questions de conservation ne soient pas directement testées dans cette thèse, l'importance des améliorations proposées pour la modélisation de la distribution des espèces est discutée à la fin de ce travail dans le contexte de la sélection de réseaux de réserves.

Estudi de la configuració magnètica de l'experiment LTP (LISA Technology Package)

La Teoria de la Relativitat General preveu que quan un objecte massiu és sotmès a una certa acceleració en certes condicions ha d’emetre ones gravitacionals. Es tracta d’un tipus d’on altament energètica però que interacciona amb la matèria de manera molt feble i el seu punt d’emissió és força llunyà. Per la qual cosa la seva detecció és una tasca extraordinàriament complicada. Conseqüentment, la detecció d’aquestes ones es creu molt més factible utilitzant instruments situats a l’espai. Amb aquest objectiu, neis la missió LISA (Laser Interferometer Space Antenna). Es tracta aquesta d’una missió conjunta entre la NASA i l’ESA amb llançament previst per 2020-2025. Per reduir els riscs que comporta una primera utilització de tecnologia no testejada, unit a l’alt cost econòmic de la missió LISA. Aquesta missió contindrà instruments molt avançats: el LTP (LISA Technoplogy Package), desenvolupat per la Unió Europea, que provarà la tecnologia de LISA i el Drag Free flying system, que s’encarregarà de provar una sèrie de propulsors (thrusters) utilitzats per al control d’actitud i posició de satèl•lit amb precisió de nanòmetres. Particularment, el LTP, està composat per dues masses de prova separades per 35 centímetres, i d’un interferòmetre làser que mesura la variació de la distància relativa entre elles. D’aquesta manera, el LTP mesurarà les prestacions dels equips i les possibles interferències que afecten a la mesura. Entre les fonts de soroll es troben, entre d’altres, el vent i pressió de radiació solar, les càrregues electrostàtiques, el gradient tèrmic, les fluctuacions de voltatge o les forces internes. Una de les possibles causes de soroll és aquella que serà l’objecte d’estudi en aquest projecte de tesi doctoral: la presència dintre del LTP de camps magnètics, que exerceixen una força sobre les masses de prova, la seva estimació i el seu control, prenent en compte les caracterírstiques magnètiques de l’experiment i la dinàmica del satèl•lit.

Generic optimality conditions for semi-algebraic convex programs

We consider linear optimization over a nonempty convex semi-algebraic feasible region F. Semidefinite programming is an example. If F is compact, then for almost every linear objective there is a unique optimal solution, lying on a unique \active" manifold, around which F is \partly smooth", and the second-order sufficient conditions hold. Perturbing the objective results in smooth variation of the optimal solution. The active manifold consists, locally, of these perturbed optimal solutions; it is independent of the representation of F, and is eventually identified by a variety of iterative algorithms such as proximal and projected gradient schemes. These results extend to unbounded sets F.

Underwater Gigamosaicing

El procés de fusió de dues o més imatges de la mateixa escena en una d'única i més gran és conegut com a Image Mosaicing. Un cop finalitzat el procés de construcció d'un mosaic, els límits entre les imatges són habitualment visibles, degut a imprecisions en els registres fotomètric i geomètric. L'Image Blending és l'etapa del procediment de mosaicing a la que aquests artefactes són minimitzats o suprimits. Existeixen diverses metodologies a la literatura que tracten aquests problemes, però la majoria es troben orientades a la creació de panorames terrestres, imatges artístiques d'alta resolució o altres aplicacions a les quals el posicionament de la càmera o l'adquisició de les imatges no són etapes rellevants. El treball amb imatges subaquàtiques presenta desafiaments importants, degut a la presència d'scattering (reflexions de partícules en suspensió) i atenuació de la llum i a condicions físiques extremes a milers de metres de profunditat, amb control limitat dels sistemes d'adquisició i la utilització de tecnologia d'alt cost. Imatges amb il·luminació artificial similar, sense llum global com la oferta pel sol, han de ser unides sense mostrar una unió perceptible. Les imatges adquirides a gran profunditat presenten una qualitat altament depenent de la profunditat, i la seva degradació amb aquest factor és molt rellevant. El principal objectiu del treball és presentar dels principals problemes de la imatge subaquàtica, seleccionar les estratègies més adequades i tractar tota la seqüència adquisició-procesament-visualització del procés. Els resultats obtinguts demostren que la solució desenvolupada, basada en una Estratègia de Selecció de Límit Òptim, Fusió en el Domini del Gradient a les regions comunes i Emfatització Adaptativa d'Imatges amb baix nivell de detall permet obtenir uns resultats amb una alta qualitat. També s'ha proposat una estratègia, amb possibilitat d'implementació paral·lela, que permet processar mosaics de kilòmetres d'extensió amb resolució de centímetres per píxel.

Quantitative Measurement of Brain Perfusion with Intravoxel Incoherent Motion MR Imaging.

Purpose: To evaluate the sensitivity of the perfusion parameters derived from Intravoxel Incoherent Motion (IVIM) MR imaging to hypercapnia-induced vasodilatation and hyperoxygenation-induced vasoconstriction in the human brain. Materials and Methods: This study was approved by the local ethics committee and informed consent was obtained from all participants. Images were acquired with a standard pulsed-gradient spin-echo sequence (Stejskal-Tanner) in a clinical 3-T system by using 16 b values ranging from 0 to 900 sec/mm(2). Seven healthy volunteers were examined while they inhaled four different gas mixtures known to modify brain perfusion (pure oxygen, ambient air, 5% CO(2) in ambient air, and 8% CO(2) in ambient air). Diffusion coefficient (D), pseudodiffusion coefficient (D*), perfusion fraction (f), and blood flow-related parameter (fD*) maps were calculated on the basis of the IVIM biexponential model, and the parametric maps were compared among the four different gas mixtures. Paired, one-tailed Student t tests were performed to assess for statistically significant differences. Results: Signal decay curves were biexponential in the brain parenchyma of all volunteers. When compared with inhaled ambient air, the IVIM perfusion parameters D*, f, and fD* increased as the concentration of inhaled CO(2) was increased (for the entire brain, P = .01 for f, D*, and fD* for CO(2) 5%; P = .02 for f, and P = .01 for D* and fD* for CO(2) 8%), and a trend toward a reduction was observed when participants inhaled pure oxygen (although P > .05). D remained globally stable. Conclusion: The IVIM perfusion parameters were reactive to hyperoxygenation-induced vasoconstriction and hypercapnia-induced vasodilatation. Accordingly, IVIM imaging was found to be a valid and promising method to quantify brain perfusion in humans. © RSNA, 2012.

Cdc42 explores the cell periphery for mate selection in fission yeast.

How cells polarize in response to external cues is a fundamental biological problem. For mating, yeast cells orient growth toward the source of a pheromone gradient produced by cells of the opposite mating type. Polarized growth depends on the small GTPase Cdc42, a central eukaryotic polarity regulator that controls signaling, cytoskeleton polarization, and vesicle trafficking. However, the mechanisms of polarity establishment and mate selection in complex cellular environments are poorly understood. Here we show that, in fission yeast, low-level pheromone signaling promotes a novel polarization state, where active Cdc42, its GEF Scd1, and scaffold Scd2 form colocalizing dynamic zones that sample the periphery of the cell. Two direct Cdc42 effectors--actin cables marked by myosin V Myo52 and the exocyst complex labeled by Sec6 and Sec8--also dynamically colocalize with active Cdc42. However, these cells do not grow due to a block in the exocytosis of cell wall synthases Bgs1 and Bgs4. High-level pheromone stabilizes active Cdc42 zones and promotes cell wall synthase exocytosis and polarized growth. However, in the absence of prior low-level pheromone signaling, exploration fails, and cells polarize growth at cell poles by default. Consequently, these cells show altered partner choice, mating preferentially with sister rather than nonsister cells. Thus, Cdc42 exploration serves to orient growth for partner selection. This process may also promote genetic diversification.

Separation and Mapping of Chromosomes of Parasitic Protozoa

Many protozoan parasites represent an important group of human pathogens. Pulsed Field Gradient Gel Electrophoresis (PFGE) analysis has been an important tool for fundamental genetic studies of parasites like Trypanosoma, Leishmania, Giardia or the human malaria parasite Plasmodium falciparum. We present PFGE conditions allowing a high resolution separation of chromosomes ranging from 500 to 4000 kb within a two day electrophoresis run. In addition, we present conditions for separating large chromosomes (2000-6000 kb) within 36 hr. We demontrate that the application of two dimentional PFGE (2D-PFGE) technique to parasite karyotypes is a very useful method for the analysis of dispersed gene families and comparative studies of the intrachomosomal genome organization

Ambient vertical flow in long-screen wells: a case study in the Fontainebleau Sands Aquifer (France)

A tritium (H-3) profile was constructed in a long-screened well (LSW) of the Fontainebleau Sands Aquifer (France), and the data were combined with temperature logs to gain insight into the potential effects of the ambient vertical flow (AVF) of water through the well on the natural aquifer stratification. AVF is commonly taken into account in wells located in fracture aquifers or intercepting two different aquifers with distinct hydraulic heads. However, due to the vertical hydraulic gradient of the flow lines intercepted by wells, AVF of groundwater is a common process within any type of aquifer. The detection of 3H in the deeper parts of the studied well ( approximate depth 50m), where H-3-free groundwater is expected, indicates that shallow young water is being transported downwards through the well itself. The temperature logs show a nearly zero gradient with depth, far below the mean geothermal gradient in sedimentary basins. The results show that the age distribution of groundwater samples might be biased in relation to the age distribution in the surroundings of the well. The use of environmental tracers to investigate aquifer properties, particularly in LSWs, is then limited by the effects of the AVF of water that naturally occurs through the well.

Cross-talk between glutamate and potassium regulation at the astrocyte membrane

Astrocytes play a central role in the brain by regulating glutamate and extracellular potassium concentrations ([K+]0), both released by neurons into the extracellular space during neuronal activity. Glutamate uptake is driven by the inwardly directed sodium gradient across the astrocyte membrane and involves the influx of three sodium ions and one proton and the efflux of one K+ ion per glutamate molecule. The glutamate transport induced rise in intracellular sodium stimulates the Na+/K+-ATPase which leads to significant energetic costs in astrocytes. To evaluate how these two fundamental functions of astrocytes, namely glutamate transport and K+ buffering, which are directly associated with neuronal activity, coexist and if they influence each other, in this thesis work we examined different cellular parameters of astrocytes. We therefore investigated the impact of altered [K+]0 on glutamate transporter activity. To assess this question we measured intracellular sodium fluctuations in mouse primary cultured astrocytes using dynamic fluorescence imaging. We found that glutamate uptake was tightly modulated both in amplitude and kinetics by [K+]0. Elevated [K+]0 strongly decreased glutamate transporter activity, with significant consequences on the cells energy metabolism. To ultimately evaluate potential effects of [K+]0 and glutamate on the astrocyte mitochondrial energy production we extended these studies by investigating their impact on the cytosolic and mitochondrial pH. We found that both [K+],, and glutamate strongly influenced cytosolic and mitochondrial pH, but in opposite directions. The effect of a simultaneous application of K+ and glutamate, however, did not fit with the arithmetical sum of each individual effects, suggesting that an additional non¬linear process is involved. We also investigated the impact of [K+]0 and glutamate transport, respectively, on intracellular potassium concentrations ([K+]0 in cultured astrocytes by characterizing and applying a newly developed Insensitive fluorescent dye. We observed that [K+]i followed [K+]0 changes in a nearly proportional way and that glutamate superfusion caused a reversible, glutamate-concentration dependent drop of [K+],, Our study shows the powerful influence of [K+]u on glutamate capture. These findings have strong implications for our understanding of the tightly regulated interplay between astrocytes and neurons in situations where [K+]0 undergoes large activity-dependent fluctuations. However, depending on the extent of K+ versus glutamate extracellular rise, energy metabolism in astrocytes will be differently regulated. Moreover, the novel insights obtained during this thesis work help understanding some of the underlying processes that prevail in certain pathologies of central nervous system, such as epilepsy and stroke. These results will possibly provide a basis for the development of novel therapeutic strategies. -- Les astrocytes jouent un rôle central dans le cerveau en régulant les concentrations de potassium (K+) et de glutamate, qui sont relâchés par les neurones dans l'espace extracellulaire lorsque ceux- ci sont actifs. La capture par les astrocytes du glutamate est un processus secondairement actif qui implique l'influx d'ions sodium (Na+) et d'un proton, ainsi que l'efflux d'ions K+, ce processus entraîne un coût métabolique important. Nous avons évalué comment ces fonctions fondamentales des astrocytes, la régulation du glutamate et du K+ extracellulaire, qui sont directement associés à l'activité neuronale, coexistent et si elles interagissent, en examinant différents paramètres cellulaires. Dans ce projet de thèse nous avons évalué l'impact des modifications de la concentration de potassium extracellulaire ([K+],,) sur le transport du glutamate. Nous avons mesuré le transport du glutamate par le biais des fluctuations internes de Na+ grâce à un colorant fluorescent en utilisant de l'imagerie à fluorescence dynamique sur des cultures primaires d'astrocytes. Nous avons trouvé que la capture du glutamate était étroitement régulée par [K+]0 aussi bien dans son amplitude que dans sa cinétique. Par la suite, nous avons porté notre attention sur l'impact de [K+]0 et du glutamate sur le pH cytosolique et mitochondrial de l'astrocyte dans le but, in fine, d'évaluer les effets potentiels sur la production d'énergie par la mitochondrie. Nous avons trouvé qu'autant le K+ que le glutamate, de manière individuelle, influençaient fortement le pH, cependant dans des directions opposées. Leurs effets individuels, ne peuvent toutefois pas être additionnés ce qui suggère qu'un processus additionnel non-linéaire est impliqué. En appliquant une nouvelle approche pour suivre et quantifier la concentration intracellulaire de potassium ([K+]0 par imagerie à fluorescence, nous avons observé que [K+]i suivait les changements de [K+]0 de manière quasiment proportionnelle et que la superfusion de glutamate induisait un décroissement rapide et réversible de [K+]i, qui dépend de la concentration de glutamate. Notre étude démontre l'influence de [K+]0 sur la capture du glutamate. Ces résultats permettent d'améliorer notre compréhension de l'interaction entre astrocytes et neurones dans des situations où [K+]0 fluctue en fonction de l'activité neuronale. Cependant, en fonction de l'importance de l'augmentation extracellulaire du K+ versus le glutamate, le métabolisme énergétique des astrocytes va être régulé de manière différente. De plus, les informations nouvelles que nous avons obtenues durant ce travail de thèse nous aident à comprendre quelques- uns des processus sous-jacents qui prévalent dans certaines pathologies du système nerveux central, comme par exemple l'épilepsie ou l'accident vasculaire cérébral. Ces informations pourront être importantes à intégrer dans la cadre du développement de nouvelles stratégies thérapeutiques.

Adaptable pulmonary artery band for late arterial switch procedure in transposition of the great arteries.

BACKGROUND: In late-diagnosed transposition of the great arteries (TGA), the left ventricle (LV) involutes as it pumps against low resistance and needs retraining by applying a pulmonary artery band (PAB) in preparation for an arterial switch operation. We report our experience with a telemetrically adaptable band compared with classic banding. METHODS: Ten patients underwent retraining of the LV, 4 patients with an adaptable band and progressive weekly tightening of the band (group 1) and 6 patients with a traditional band (group 2). RESULTS: Mean weight and age at pulmonary band placement was 5.8 ± 2.36 kg and 11.7 ± 11.1 months for group 1 and 5.0 ± 2.3 kg and 6.4 ± 7.6 months for group 2. Time between palliation and switch procedure was 4.2 months in both groups. Group 1 showed an initial mean pulmonary gradient of 25.5 ± 4.43 mm Hg with a 5% closure of the device. The mean gradient increased with progressive closure to 63.5 ± 9.8 mm Hg at the time of the arterial switch operation. There were no reinterventions or deaths in this group. In group 2, the mean pulmonary gradient increased with growth from 49 ± 21.4 mm Hg to 68.4 ± 7.86 mm Hg at the time of the switch procedure. However, 4 of these patients required reoperations during retraining: 2 needed 1 reoperation and 2 needed 2 reoperations. Two patients died-1 after banding and 1 after the switch operation. CONCLUSIONS: Retraining of the LV by the adaptable device allows precise control of the tightening, avoids repetitive operations, and diminishes morbidity.

THE USE OF SIMULATIONS IN EVOLUTIONARY POPULATION GENETICS: APPLICATIONS ON HUMANS, OWLS AND VIRTUAL ORGANISMS

Summary (in English) Computer simulations provide a practical way to address scientific questions that would be otherwise intractable. In evolutionary biology, and in population genetics in particular, the investigation of evolutionary processes frequently involves the implementation of complex models, making simulations a particularly valuable tool in the area. In this thesis work, I explored three questions involving the geographical range expansion of populations, taking advantage of spatially explicit simulations coupled with approximate Bayesian computation. First, the neutral evolutionary history of the human spread around the world was investigated, leading to a surprisingly simple model: A straightforward diffusion process of migrations from east Africa throughout a world map with homogeneous landmasses replicated to very large extent the complex patterns observed in real human populations, suggesting a more continuous (as opposed to structured) view of the distribution of modern human genetic diversity, which may play a better role as a base model for further studies. Second, the postglacial evolution of the European barn owl, with the formation of a remarkable coat-color cline, was inspected with two rounds of simulations: (i) determine the demographic background history and (ii) test the probability of a phenotypic cline, like the one observed in the natural populations, to appear without natural selection. We verified that the modern barn owl population originated from a single Iberian refugium and that they formed their color cline, not due to neutral evolution, but with the necessary participation of selection. The third and last part of this thesis refers to a simulation-only study inspired by the barn owl case above. In this chapter, we showed that selection is, indeed, effective during range expansions and that it leaves a distinguished signature, which can then be used to detect and measure natural selection in range-expanding populations. Résumé (en français) Les simulations fournissent un moyen pratique pour répondre à des questions scientifiques qui seraient inabordable autrement. En génétique des populations, l'étude des processus évolutifs implique souvent la mise en oeuvre de modèles complexes, et les simulations sont un outil particulièrement précieux dans ce domaine. Dans cette thèse, j'ai exploré trois questions en utilisant des simulations spatialement explicites dans un cadre de calculs Bayésiens approximés (approximate Bayesian computation : ABC). Tout d'abord, l'histoire de la colonisation humaine mondiale et de l'évolution de parties neutres du génome a été étudiée grâce à un modèle étonnement simple. Un processus de diffusion des migrants de l'Afrique orientale à travers un monde avec des masses terrestres homogènes a reproduit, dans une très large mesure, les signatures génétiques complexes observées dans les populations humaines réelles. Un tel modèle continu (opposé à un modèle structuré en populations) pourrait être très utile comme modèle de base dans l'étude de génétique humaine à l'avenir. Deuxièmement, l'évolution postglaciaire d'un gradient de couleur chez l'Effraie des clocher (Tyto alba) Européenne, a été examiné avec deux séries de simulations pour : (i) déterminer l'histoire démographique de base et (ii) tester la probabilité qu'un gradient phénotypique, tel qu'observé dans les populations naturelles puisse apparaître sans sélection naturelle. Nous avons montré que la population actuelle des chouettes est sortie d'un unique refuge ibérique et que le gradient de couleur ne peux pas s'être formé de manière neutre (sans l'action de la sélection naturelle). La troisième partie de cette thèse se réfère à une étude par simulations inspirée par l'étude de l'Effraie. Dans ce dernier chapitre, nous avons montré que la sélection est, en effet, aussi efficace dans les cas d'expansion d'aire de distribution et qu'elle laisse une signature unique, qui peut être utilisée pour la détecter et estimer sa force.

Orosomucoid system: 17 additional orosomucoid variants and proposal for a new nomenclature.

There are two forms of orosomucoid (ORM) in the sera of most individuals. They are encoded by two separate but closely linked loci, ORM1 and ORM2. A number of variants have been identified in various populations. Duplication and nonexpression are also observed in some populations. Thus, the ORM system is very complicated and its nomenclature is very confusing. In order to propose a new nomenclature, ORM variants detected by several laboratories have been compared and characterized by isoelectric focusing (IEF) followed by immunoprinting. A total of 57 different alleles including 17 new ones were identified. The 27 alleles were assigned to the ORM1 locus, and the others to the ORM2 locus. The designations ORM*F1, ORM1*F2, ORM1*S and ORM2*M were adopted for the four common alleles instead of ORM1*1, ORM1*3, ORM1*2 and ORM2*1 (ORM2*A), respectively. The variants were designated alpha numerically according to their relative mobilities after IEF in a pH gradient of 4.5-5.4 with Triton X-100 and glycerol. For the duplicated genes a prefix is added to a combined name of two alleles, e.g. ORM1*dB9S. Silent alleles were named ORM1*Q0 and ORM2*Q0 conventionally. In addition, the effects of diseases to ORM band patterns after IEF are also discussed.

Coronary MR angiography at 3T during diastole and systole

PURPOSE: To investigate the impact of end-systolic imaging on quality of right coronary magnetic resonance angiography (MRA) in comparison to diastolic and to study the effect of RR interval variability on image quality. MATERIALS AND METHODS: The right coronary artery (RCA) of 10 normal volunteers was imaged at 3T using parallel imaging (sensitivity encoding [SENSE]). Navigator-gated three-dimensional (3D) gradient echo was used three times: 1) end-systolic short acquisition (SS): 35-msec window; 2) diastolic short (DS): middiastolic acquisition using 35-msec window; and 3) diastolic long (DL): 75-msec diastolic acquisition window. Vectorcardiogram (VCG) data was used to analyze RR variability. Vessel sharpness, length, and diameter were compared to each other and correlated with RR variability. Blinded qualitative image scores of the images were compared. RESULTS: Quantitative and qualitative parameters were not significantly different and showed no significant correlation with RR variability. CONCLUSION: Imaging the RCA at 3T during the end-systolic rest period using SENSE is possible without significant detrimental effect on image quality. Breaking away from the standard of imaging only during diastole can potentially improve image quality in tachycardic patients or used for simultaneous imaging during both periods in a single scan.

A single LC-tandem mass spectrometry method for the simultaneous determination of 14 antimalarial drugs and their metabolites in human plasma.

Among the various determinants of treatment response, the achievement of sufficient blood levels is essential for curing malaria. For helping us at improving our current understanding of antimalarial drugs pharmacokinetics, efficacy and toxicity, we have developed a liquid chromatography-tandem mass spectrometry method (LC-MS/MS) requiring 200mul of plasma for the simultaneous determination of 14 antimalarial drugs and their metabolites which are the components of the current first-line combination treatments for malaria (artemether, artesunate, dihydroartemisinin, amodiaquine, N-desethyl-amodiaquine, lumefantrine, desbutyl-lumefantrine, piperaquine, pyronaridine, mefloquine, chloroquine, quinine, pyrimethamine and sulfadoxine). Plasma is purified by a combination of protein precipitation, evaporation and reconstitution in methanol/ammonium formate 20mM (pH 4.0) 1:1. Reverse-phase chromatographic separation of antimalarial drugs is obtained using a gradient elution of 20mM ammonium formate and acetonitrile both containing 0.5% formic acid, followed by rinsing and re-equilibration to the initial solvent composition up to 21min. Analyte quantification, using matrix-matched calibration samples, is performed by electro-spray ionization-triple quadrupole mass spectrometry by selected reaction monitoring detection in the positive mode. The method was validated according to FDA recommendations, including assessment of extraction yield, matrix effect variability, overall process efficiency, standard addition experiments as well as antimalarials short- and long-term stability in plasma. The reactivity of endoperoxide-containing antimalarials in the presence of hemolysis was tested both in vitro and on malaria patients samples. With this method, signal intensity of artemisinin decreased by about 20% in the presence of 0.2% hemolysed red-blood cells in plasma, whereas its derivatives were essentially not affected. The method is precise (inter-day CV%: 3.1-12.6%) and sensitive (lower limits of quantification 0.15-3.0 and 0.75-5ng/ml for basic/neutral antimalarials and artemisinin derivatives, respectively). This is the first broad-range LC-MS/MS assay covering the currently in-use antimalarials. It is an improvement over previous methods in terms of convenience (a single extraction procedure for 14 major antimalarials and metabolites reducing significantly the analytical time), sensitivity, selectivity and throughput. While its main limitation is investment costs for the equipment, plasma samples can be collected in the field and kept at 4 degrees C for up to 48h before storage at -80 degrees C. It is suited to detecting the presence of drug in subjects for screening purposes and quantifying drug exposure after treatment. It may contribute to filling the current knowledge gaps in the pharmacokinetics/pharmacodynamics relationships of antimalarials and better define the therapeutic dose ranges in different patient populations.