A performance lower bound for quadratic timing recovery accounting for the symbol transition density

The symbol transition density in a digitally modulated signal affects the performance of practical synchronization schemes designed for timing recovery. This paper focuses on the derivation of simple performance limits for the estimation of the time delay of a noisy linearly modulated signal in the presence of various degrees of symbol correlation produced by the varioustransition densities in the symbol streams. The paper develops high- and low-signal-to-noise ratio (SNR) approximations of the so-called (Gaussian) unconditional Cramér–Rao bound (UCRB),as well as general expressions that are applicable in all ranges of SNR. The derived bounds are valid only for the class of quadratic, non-data-aided (NDA) timing recovery schemes. To illustrate the validity of the derived bounds, they are compared with the actual performance achieved by some well-known quadratic NDA timing recovery schemes. The impact of the symbol transitiondensity on the classical threshold effect present in NDA timing recovery schemes is also analyzed. Previous work on performancebounds for timing recovery from various authors is generalized and unified in this contribution.

Multiple introductions boosted genetic diversity in the invasive range of black cherry (Prunus serotina; Rosaceae).

BACKGROUND AND AIMS: Black cherry (Prunus serotina) is a North American tree that is rapidly invading European forests. This species was introduced first as an ornamental plant, then it was massively planted by foresters in many countries, but its origins and the process of invasion remain poorly documented. Based on a genetic survey of both native and invasive ranges, the invasion history of black cherry was investigated by identifying putative source populations and then assessing the importance of multiple introductions on the maintenance of gene diversity. METHODS: Genetic variability and structure of 23 populations from the invasive range and 22 populations from the native range were analysed using eight nuclear microsatellite loci and five chloroplast DNA regions. KEY RESULTS: Chloroplast DNA diversity suggests there were multiple introductions from a single geographic region (the north-eastern United States). A low reduction of genetic diversity was observed in the invasive range for both nuclear and plastid genomes. High propagule pressure including both the size and number of introductions shaped the genetic structure in Europe and boosted genetic diversity. Populations from Denmark, The Netherlands, Belgium and Germany showed high genetic diversity and low differentiation among populations, supporting the hypothesis that numerous introduction events, including multiple individuals and exchanges between sites, have taken place during two centuries of plantation. CONCLUSIONS: This study postulates that the invasive black cherry has originated from east of the Appalachian Mountains (mainly the Allegheny plateau) and its invasiveness in north-western Europe is mainly due to multiple introductions containing high numbers of individuals.

Turbokoneen rakenneoptimointi ja mittausjärjestelyt

Tässä diplomityössä käsitellään erään tuotekehitysprojektissa tehdyn turbokoneen prototyypin takuumittauksia. Takuumittauksilla on tarkoitus varmistaa alustavasti valmistetun prototyypin toimivuus. Mittauksista saatuja arvoja on lopuksi tarkoitus verrata suunnitteluarvoihin, jolloin nähdäänkuinka hyvin suunnitelmat ja alustavat suunnittelulaskelmat ovat onnistuneet koskien tätä turbokonetta. Työssä esitellään pääpiirteissään laitteen toiminta. Takuumittauksia varten tarpeelli-set mitattavat suureet ja vaihtoehtoiset mittausmenetelmät on esitelty. Lisäksi on suunniteltu mittausjärjestelmä PI-kaavioineen, jolla pystytään saamaan riittävän kat-tava mittaustulos laajuus. Työssä on myös esitelty miten mittaustuloksista saadaan tarvittavat vertailuarvot verrattavaksi alustaviin suunnittelulaskelmiin. Tämä diplomityö on tehty, että alustavat mittaussuunnitelmat olisi valmiina olemassa jotta varsinainen takuumittauslaitteisto pystytään rakentamaan nopeasti turbokoneen prototyypin valmistuttua. Lopuksi saadun mittausotannan käsitteleminen on myös selvempää, koska riittävät teoreettiset perusteet mittausaineiston käsittelemiseen on myös kerätty tähän työhön. Työssä käsiteltävän mittausjärjestelmän pääpaino on virtaus ja lämpöteknisillä mitta-uksilla. Myös sähköteknisiä mittauksia ja turbokoneen rakenteellisen toimivuuden mittauksia on käsitelty tässä työssä. Tässä diplomityö antaa kattavat perustiedot tarvittaviin mittausmenetelmiin ja miten varsinainen mittaustieto saadaan jalostettua vertailtavaan muotoon. Siinä käsitellään myös vaikeuksia joita toimivanmittausjärjestelmän kehittämisessä on otettava huo-mioon.  

Aktiivinen melunvaimennus ampumaradalla

Aktiivinen melunvaimennus (active noise control, ANC) onkauan tunnettu ja sovellettu tekniikka. Kuitenkaan sitä ei ole aiemmin sovellettu impulssimaiseen satunnaiseen meluun. Tässä diplomityössä tutkitaan aktiivisenmelunvaimennuksen soveltuvuutta ampumaradan melunvaimennukseen. Ampumarata äärimmäisenä tapauksena asettaa korkean vaatimustason laitteistolle ja sen komponenteille. Suurin haaste on etsiä sopivat laitteiston komponentit, jotka tuottavat ja kestävät suurta äänenpainetasoa. Myös muuttuvat sääolosuhteet asettavat vaatimuksensa laitteiden mekaaniselle kestävyydelle sekä säänkestävyydelle. Työssä paneuduttiin erityisesti selvittämään, mitä kaupallisesti saatavilla olevia komponentteja voidaan hyödyntää aktiiviseen impulssimelunvaimennusjärjestelmään. Kaupallisten komponenttien soveltuvuutta aktiiviseen impulssimelunvaimennukseen analysoitiin laboratorio- ja kenttämittauksin. Työssä esitetään myös tulokset yksinkertaisella koelaitteistolla saavutetusta vaimennuksesta kenttäolosuhteissa.

Personalized drug administrations using Support Vector Machine

The decision-making process regarding drug dose, regularly used in everyday medical practice, is critical to patients' health and recovery. It is a challenging process, especially for a drug with narrow therapeutic ranges, in which a medical doctor decides the quantity (dose amount) and frequency (dose interval) on the basis of a set of available patient features and doctor's clinical experience (a priori adaptation). Computer support in drug dose administration makes the prescription procedure faster, more accurate, objective, and less expensive, with a tendency to reduce the number of invasive procedures. This paper presents an advanced integrated Drug Administration Decision Support System (DADSS) to help clinicians/patients with the dose computing. Based on a support vector machine (SVM) algorithm, enhanced with the random sample consensus technique, this system is able to predict the drug concentration values and computes the ideal dose amount and dose interval for a new patient. With an extension to combine the SVM method and the explicit analytical model, the advanced integrated DADSS system is able to compute drug concentration-to-time curves for a patient under different conditions. A feedback loop is enabled to update the curve with a new measured concentration value to make it more personalized (a posteriori adaptation).

Primääri-sekundäärivuodon tunnistaminen aktiivisuusmittauksin Loviisan voimalaitoksella

Diplomityössä tutkittiin Loviisan voimalaitoksen primääri- ja sekundääripiirin aktiivisuusmittausten kykyä tunnistaa pienet primääri-sekundäärivuodot. Tarkasteltavat primääri-sekundäärivuotojen suuruudet valittiin laitoksen hätätilanne- ja häiriönselvitysohjeiden mukaisesti. Vuodon vaikutuksia arvioitiin erilaisilla primäärijäähdytteen ominaisaktiivisuuksilla. Ominaisaktiivisuudet primääripiirissä määritettiin nuklidikohtaisesti erilaisille polttoainevuototapauksille. Työssä huomioitiin myös transienteissa mahdollisesti esiintyvä primääripiirin aktiivisuustasoa nostava spiking-ilmiö. Vuodon tarkempaa tunnistamista varten työssä laskettiin tarkasteltaville mittareille kalibrointikertoimet. Primääri-sekundäärivuoto mallinnettiin APROS-simulointiohjelmalla laitoksen eri käyttötiloissa ja kahdella eri vuotokoolla. Varsinainen aktiivisuuslaskenta suoritettiin SEKUN-ohjelmalla. Työssä tätä aktiivisuus- ja päästölaskentaohjelmaa muokattiin ohjelmoimalla siihen tarkasteltavat aktiivisuusmittaukset sekä primääripiirin puhdistus ja ulospuhallus. Laskelmien tuloksena saatiin arviot kunkin tarkasteltavana olleen aktiivisuusmittauksen soveltuvuudesta primääri-sekundäärivuodon tunnistamiseen erilaisissa polttoainevuototapauksissa ja reaktorin eri tehotasoilla. Häiriönselvitysohje I3:n käyttöönottoa edellyttävät vuotokoot määritettiin aktiivisuusmittausten havaitseman perusteella. Erityisesti kuumavalmiustilassa tapauksissa, joissa reaktorisydämessä oletetaan olevan tiiveytensä menettäneitä polttoainesauvoja, spikingin vaikutus jäähdytteiden aktiivisuuspitoisuuksiin ja mittaustuloksiin oli merkittävä. Niiltä osin, kuin tulokset käsittelevät ohjeissa vuodon tunnistamiseen käytettyjä aktiivisuusrajoja, tulokset osoittivat aktiivisuusrajat oikeiksi. Kuumavalmiudessa aktiivisuusmittausten mittausalueet saattavat joissakin tapauksissa rajoittaa primääri-sekundäärivuodon tunnistamista.

Plasmapolttoprosessin kehittäminen ja optimointi

Ydinvoimaloidenprimaarivesikierron puhdistukseen käytetään ioninvaihtohartsia. Käytönjälkeen ioninvaihtohartsi luokitellaan matalaja keskiaktiivisiin jätteisiin. Plasmakäsittelyllä käytetyn ioninvaihtohartsin tilavuutta voidaan pienentää sekä sen orgaaninen luonne poistaa. Plasmakäsittelyn tarkoituksena on hapettaa orgaaninen aines oksideiksi, jotka poistuvat prosessista savukaasuina. Epäorgaaninen aines, joka sisältää radioaktiivisen aineksen, on tarkoitus hapettaa oksideiksi ja sulfideiksi, jotka voidaan kerätä talteen tuhkana. Tässä diplomityössä käsitellään käytetyn ioninvaihtohartsin käsittelyyn suunnitellun plasmapolttoprosessin kehittämistä ja optimointia. Ioninvaihtohartsin plasmakäsittelyssä syntyvien reaktiotuotteiden selvittäminen suoritettiin tarkastelemalla ainetaseita sekä aihetta käsitteleviä tutkimuksia. Näiden perusteella parannettiin jäähdytystä, suunniteltiin jatkuvatoiminen syöttömenetelmä sekä laadittiin toimintaalueen reunaehdot laitteistolle. Koelaitteistossa 6,5 kW:n rfteho syötetään sovitinpiirin ja kuparisen induktiokelan kautta plasmaan. Plasmakaasuna on käytetty hapenja argonin seoskaasua. Plasmapolttoa on seurattu massaspektrometrilla, optisella emissiospektrometrilla, lämpösekä painemittareilla. Laskennan ja kokeiden pohjalta selvitettiin optimaalinen seossuhde plasmakaasulle, paineen ja tehon noston vaikutus hartsin polttonopeuteen sekä jatkuvatoimisen syöttömenetelmän edut panostoimiseen syöttöön. Rfgeneraattorin teho rajoitti jatkuvatoimisen polttonopeuden 130 g/h ja hetkellisen polttonopeuden 175 g/h. Radioaktiivisten aineiden pidätys oli 93,5 % cesiumin osalta. Tulosten perusteella 4 kg/h ioninvaihtohartsia polttavan laitteiston tehon lähteeksi tarvitaan 65 kW rfgeneraattori. Palamattoman hartsin ja tuhkan kulkeutuminen partikkelisuodattimille sekä reaktiotuotteena syntyvien rikinoksidien käsittely vaatii vielä jatkotutkimusta.

Tasasähkön hyödyntämismahdollisuudet sähkönjakelussa

Tässä työssä on tutkittu tasasähkönsiirron tuomia mahdollisuuksia sähkönjakelussa, kun pienjännitedirektiivin pienjännitemäärittelyn soveltamista laajennetaan koskemaan vaihtojännitteen lisäksi myös tasajännitettä. Aiemmin tasasähköjärjestelmiä on käytetty ainoastaan sähköistymisen alkuaikoina 1900-luvun alussa. Viime vuosikymmeninä on sähkönjakelussa käytetty pelkästään vaihtosähköverkkoja, koska tehoelektronisten laitteiden korkea hintataso ja tekniset ominaisuudet ovat mahdollistaneet tasasähkön käytön vain suurjännitteellä. Suomalaisten sähkönkäyttö on lisääntynyt muutamalla prosenttiyksiköllä vuosittain ja kasvun taantumista ei ole odotettavissa lähiaikoina. Samaan aikaan yhteiskunta muuttuu jatkuvasti yhä riippuvaisemmaksi sähköstä ja odotukset toteutuvasta sähkönlaadusta ovat jatkuvasti korkeammat. Sähkönlaadun näkökulmasta ilmasto on tuonut aiempia suurempia haasteita sähkön toimitusvarmuudelle, kun myrskyjen aiheuttamat tuhot ovat olleet yhä entisiä suurempia. Toimitusvarmuuden parantamiseksi ovat muutamat vuosikymmenen alun rajut myrskyt johtaneet pohdintaan tulevien haasteiden hoitamiseksi ja edelleen uuden 3-portaiseen 20/1/0,4 kV vaihtosähköjärjestelmän kehittämiseen. Tasasähkönsiirron avulla halutaan tuoda käyttöön niitä hyötyjä, joita järjestelmän vaihdolla on saavutettavissa. Täysimääräisellä tasajännitteen hyödyntämisellä voidaan saavuttaa mm. aiempaa edullisempia investointivaihtoehtoja,parempi sähkönlaatu, parempi hajautetun tuotannon liitettävyys verkkoon ja erilaisten asiakaskohtaisten laitteiden helppo integroitavuus osaksi jakelujärjestelmää. Tämän työn puitteissa on pohdittu sekä teknisiä ratkaisuja että järjestelmän teknistaloudellista käyttöaluetta. Lisäksi on pyritty hahmottamaan eri tekijöiden vaikutuksia sähkönjakeluun.

Plastid DNA variation in Prunus serotina var. serotina (Rosaceae), a North American tree invading Europe

Black cherry (Prunus serotina) is a tree from North America, where it is often used for economical purposes, whereas it is widespread and invasive in Europe. Plastid DNA variation was Wrst investigated in both its native and invasive ranges using microsatellite loci and sequences of three intergenic spacers (trnT-trnL, trnD-trnT and trnS-trnG). This analysis was focused on P. serotina var. serotina, with the inclusion of samples of closely related taxa. Length variation at a microsatellite locus (ccmp5) and a few sequence polymorphisms were identi- Wed among P. serotina samples. Four new primer pairs were then designed to speciWcally amplify variable regions and a combination of Wve markers was Wnally proposed for phylogeographic studies in P. serotina. These loci allow identiWcation of six chlorotypes in P. serotina var. serotina, which may be particularly useful to depict the maternal origins of European invasive populations

Absorption and pharmacokinetics of grapefruit flavanones in beagles

The present study evaluated the pharmacokinetics of three different grapefruit flavanone forms in dog plasma and demonstrated their absorption after an oral intake of a grapefruit extract; pharmacokinetic parameters of these forms were also determined. Ten healthy beagles were administered 70 mg citrus flavonoids as a grapefruit extract contained in capsules, while two additional dogs were used as controls and given an excipient. The grapefruit flavanone naringin, along with its metabolites naringenin and naringenin glucuronide, was detected in dog plasma. Blood samples were collected between 0 and 24 h after administration of the extract. Naringin reached its maximun plasma concentration at around 80 min, whereas naringenin and naringenin glucuronide reached their maximun plasma concentrations at around 20 and 30 min, respectively. Maximum plasma concentrations of naringin, naringenin and naringenin glucuronide (medians and ranges) were 0·24 (0·05 2·08), 0·021 (0·001 0·3) and 0·09 (0·034 0·12) mmol/l, respectively. The areas under the curves were 23·16 l (14·04 70·62) min £ mmol/for nariningin, 1·78 (0·09 4·95) min £ mmol/l for naringenin and 22·5 (2·74 99·23) min £ mmol/l for naringenin glucuronide. The median and range values for mean residence time were 3·3 (1·5 9·3), 2·8 (0·8 11·2) and 8·0 (2·3 13·1) h for naringin, naringenin and naringenin glucuronide, respectively. The results of the present study demonstrate the absorption of grapefruit flavanones via the presence of their metabolites in plasma, thus making an important contribution to the field since the biological activities ascribed to these compounds rely on their specific forms of absorption.

Absorption and pharmacokinetics of grapefruit flavanones in beagles

The present study evaluated the pharmacokinetics of three different grapefruit flavanone forms in dog plasma and demonstrated their absorption after an oral intake of a grapefruit extract; pharmacokinetic parameters of these forms were also determined. Ten healthy beagles were administered 70 mg citrus flavonoids as a grapefruit extract contained in capsules, while two additional dogs were used as controls and given an excipient. The grapefruit flavanone naringin, along with its metabolites naringenin and naringenin glucuronide, was detected in dog plasma. Blood samples were collected between 0 and 24 h after administration of the extract. Naringin reached its maximun plasma concentration at around 80 min, whereas naringenin and naringenin glucuronide reached their maximun plasma concentrations at around 20 and 30 min, respectively. Maximum plasma concentrations of naringin, naringenin and naringenin glucuronide (medians and ranges) were 0·24 (0·05 2·08), 0·021 (0·001 0·3) and 0·09 (0·034 0·12) mmol/l, respectively. The areas under the curves were 23·16 l (14·04 70·62) min £ mmol/for nariningin, 1·78 (0·09 4·95) min £ mmol/l for naringenin and 22·5 (2·74 99·23) min £ mmol/l for naringenin glucuronide. The median and range values for mean residence time were 3·3 (1·5 9·3), 2·8 (0·8 11·2) and 8·0 (2·3 13·1) h for naringin, naringenin and naringenin glucuronide, respectively. The results of the present study demonstrate the absorption of grapefruit flavanones via the presence of their metabolites in plasma, thus making an important contribution to the field since the biological activities ascribed to these compounds rely on their specific forms of absorption.

Résistance aux antibiotiques chez les pneumocoques.

In 1875, 7 years prior to the description of the Koch bacillus, Klebs visualized the first Streptococcus pneumoniae in pleural fluid. Since then, this organism has played a decisive role in biomedical science. From a biological point of view, it was extensively involved in the development of passive and active immunization by serotherapy and vaccination respectively. Genetic transformation was also first observed in S. pneumoniae, leading to the discovery of DNA. From a clinical point of view, S. pneumoniae is today still a prime cause of otitis media in children and of pneumonia in all age groups, as well as a predominant cause of meningitis and bacteremia. In adults, bacteremia still has a mortality of over 25%. Although S. pneumoniae remained very sensitive to penicillin for many years, penicillin-resistant strains have emerged and increased dramatically over the last 15 years. During this period the frequency of penicillin-resistant isolates has increased from < or = 1% to frequencies varying from 20 to 60% in geographic areas as diverse as South Africa, Spain, France, Hungary, Iceland, Alaska, and numerous regions of the United States and South America. In Switzerland, the current frequency of penicillin-resistant pneumococci ranges between 5 and > or = 10%. The increase in penicillin-resistant pneumococci correlates with the intensive use of beta-lactam antibiotics. The mechanism of resistance is not due to bacterial production of penicillinase but to an alteration of the bacterial target of penicillin, the so-called penicillin-binding proteins. Resistance is subdivided into (1) intermediate level resistance (minimal inhibitory concentration [MIC] of penicillin of 0.1-1 mg/l) and (2) high level resistance (MCI > or = 2 mg/l). The clinical significance of intermediate resistance remains poorly defined. On the other hand, highly resistant strains have been responsible for numerous therapeutic failures, especially in cases of meningitis. Antibiotics recommended against penicillin-resistant pneumococci include cefotaxime, ceftriaxone, imipenem and in some instances vancomycin. However, penicillin-resistant pneumococci tend to present cross-resistances to all the antibiotics of the beta-lactam family and could even become resistant to the last resort drugs mentioned above. Thus, the explosion of resistance to penicillin in pneumococci is a ubiquitous phenomenon which must be fought against by (1) avoiding excessive use of antibiotics, (2) the practice of microbiological sampling of infected foci before treatment, (3) the systematic surveillance of resistance profiles of pneumococci against antibiotics and (4) adequate vaccination of populations at risk.

Divergent and narrower climatic niches characterize polyploid species of European primroses in Primula sect. Aleuritia

Aim It is hypothesized that the ecological niches of polyploids should be both distinct and broader than those of diploids - characteristics that might have allowed the successful colonization of open habitats by polyploids during the Pleistocene glacial cycles. Here, we test these hypotheses by quantifying and comparing the ecological niches and niche breadths of a group of European primroses. Location Europe. Methods We gathered georeferenced data of four related species in Primula sect. Aleuritia at different ploidy levels (diploid, tetraploid, hexaploid and octoploid) and used seven bioclimatic variables to quantify niche overlap between species by applying a series of univariate and multivariate analyses combined with modelling techniques. We also employed permutation-based tests to evaluate niche similarity between the four species. Niche breadth for each species was evaluated both in the multivariate environmental space and in geographical space. Results The four species differed significantly from each other in mono-dimensional comparisons of climatological variables and occupied distinct habitats in the multi-dimensional environmental space. The majority of the permutation-based tests either indicated that the four species differed significantly in their habitat preferences and ecological niches or did not support significant niche similarity. Furthermore, our results revealed narrower niche breadths and geographical ranges in species of P. sect. Aleuritia at higher ploidy levels. Main conclusions The detected ecological differentiation between the four species of P. sect. Aleuritia at different ploidy levels is consistent with the hypothesis that polyploids occupy distinct ecological niches that differ from those of their diploid relative. Contrary to expectations, we find that polyploid species of P. sect. Aleuritia occupy narrower environmental and geographical spaces than their diploid relative. These results on the ecological niches of closely related polyploid and diploid species highlight factors that potentially contribute to the evolution and distribution of polyploid species.

The Hydrophobic interaction: modeling hydrophobic interactions and aggregation of non-polar particles in aqueous solutions

Malgré son importance dans notre vie de tous les jours, certaines propriétés de l?eau restent inexpliquées. L'étude des interactions entre l'eau et les particules organiques occupe des groupes de recherche dans le monde entier et est loin d'être finie. Dans mon travail j'ai essayé de comprendre, au niveau moléculaire, ces interactions importantes pour la vie. J'ai utilisé pour cela un modèle simple de l'eau pour décrire des solutions aqueuses de différentes particules. Récemment, l?eau liquide a été décrite comme une structure formée d?un réseau aléatoire de liaisons hydrogènes. En introduisant une particule hydrophobe dans cette structure à basse température, certaines liaisons hydrogènes sont détruites ce qui est énergétiquement défavorable. Les molécules d?eau s?arrangent alors autour de cette particule en formant une cage qui permet de récupérer des liaisons hydrogènes (entre molécules d?eau) encore plus fortes : les particules sont alors solubles dans l?eau. A des températures plus élevées, l?agitation thermique des molécules devient importante et brise les liaisons hydrogènes. Maintenant, la dissolution des particules devient énergétiquement défavorable, et les particules se séparent de l?eau en formant des agrégats qui minimisent leur surface exposée à l?eau. Pourtant, à très haute température, les effets entropiques deviennent tellement forts que les particules se mélangent de nouveau avec les molécules d?eau. En utilisant un modèle basé sur ces changements de structure formée par des liaisons hydrogènes j?ai pu reproduire les phénomènes principaux liés à l?hydrophobicité. J?ai trouvé une région de coexistence de deux phases entre les températures critiques inférieure et supérieure de solubilité, dans laquelle les particules hydrophobes s?agrègent. En dehors de cette région, les particules sont dissoutes dans l?eau. J?ai démontré que l?interaction hydrophobe est décrite par un modèle qui prend uniquement en compte les changements de structure de l?eau liquide en présence d?une particule hydrophobe, plutôt que les interactions directes entre les particules. Encouragée par ces résultats prometteurs, j?ai étudié des solutions aqueuses de particules hydrophobes en présence de co-solvants cosmotropiques et chaotropiques. Ce sont des substances qui stabilisent ou déstabilisent les agrégats de particules hydrophobes. La présence de ces substances peut être incluse dans le modèle en décrivant leur effet sur la structure de l?eau. J?ai pu reproduire la concentration élevée de co-solvants chaotropiques dans le voisinage immédiat de la particule, et l?effet inverse dans le cas de co-solvants cosmotropiques. Ce changement de concentration du co-solvant à proximité de particules hydrophobes est la cause principale de son effet sur la solubilité des particules hydrophobes. J?ai démontré que le modèle adapté prédit correctement les effets implicites des co-solvants sur les interactions de plusieurs corps entre les particules hydrophobes. En outre, j?ai étendu le modèle à la description de particules amphiphiles comme des lipides. J?ai trouvé la formation de différents types de micelles en fonction de la distribution des regions hydrophobes à la surface des particules. L?hydrophobicité reste également un sujet controversé en science des protéines. J?ai défini une nouvelle échelle d?hydrophobicité pour les acides aminés qui forment des protéines, basée sur leurs surfaces exposées à l?eau dans des protéines natives. Cette échelle permet une comparaison meilleure entre les expériences et les résultats théoriques. Ainsi, le modèle développé dans mon travail contribue à mieux comprendre les solutions aqueuses de particules hydrophobes. Je pense que les résultats analytiques et numériques obtenus éclaircissent en partie les processus physiques qui sont à la base de l?interaction hydrophobe.<br/><br/>Despite the importance of water in our daily lives, some of its properties remain unexplained. Indeed, the interactions of water with organic particles are investigated in research groups all over the world, but controversy still surrounds many aspects of their description. In my work I have tried to understand these interactions on a molecular level using both analytical and numerical methods. Recent investigations describe liquid water as random network formed by hydrogen bonds. The insertion of a hydrophobic particle at low temperature breaks some of the hydrogen bonds, which is energetically unfavorable. The water molecules, however, rearrange in a cage-like structure around the solute particle. Even stronger hydrogen bonds are formed between water molecules, and thus the solute particles are soluble. At higher temperatures, this strict ordering is disrupted by thermal movements, and the solution of particles becomes unfavorable. They minimize their exposed surface to water by aggregating. At even higher temperatures, entropy effects become dominant and water and solute particles mix again. Using a model based on these changes in water structure I have reproduced the essential phenomena connected to hydrophobicity. These include an upper and a lower critical solution temperature, which define temperature and density ranges in which aggregation occurs. Outside of this region the solute particles are soluble in water. Because I was able to demonstrate that the simple mixture model contains implicitly many-body interactions between the solute molecules, I feel that the study contributes to an important advance in the qualitative understanding of the hydrophobic effect. I have also studied the aggregation of hydrophobic particles in aqueous solutions in the presence of cosolvents. Here I have demonstrated that the important features of the destabilizing effect of chaotropic cosolvents on hydrophobic aggregates may be described within the same two-state model, with adaptations to focus on the ability of such substances to alter the structure of water. The relevant phenomena include a significant enhancement of the solubility of non-polar solute particles and preferential binding of chaotropic substances to solute molecules. In a similar fashion, I have analyzed the stabilizing effect of kosmotropic cosolvents in these solutions. Including the ability of kosmotropic substances to enhance the structure of liquid water, leads to reduced solubility, larger aggregation regime and the preferential exclusion of the cosolvent from the hydration shell of hydrophobic solute particles. I have further adapted the MLG model to include the solvation of amphiphilic solute particles in water, by allowing different distributions of hydrophobic regions at the molecular surface, I have found aggregation of the amphiphiles, and formation of various types of micelle as a function of the hydrophobicity pattern. I have demonstrated that certain features of micelle formation may be reproduced by the adapted model to describe alterations of water structure near different surface regions of the dissolved amphiphiles. Hydrophobicity remains a controversial quantity also in protein science. Based on the surface exposure of the 20 amino-acids in native proteins I have defined the a new hydrophobicity scale, which may lead to an improvement in the comparison of experimental data with the results from theoretical HP models. Overall, I have shown that the primary features of the hydrophobic interaction in aqueous solutions may be captured within a model which focuses on alterations in water structure around non-polar solute particles. The results obtained within this model may illuminate the processes underlying the hydrophobic interaction.<br/><br/>La vie sur notre planète a commencé dans l'eau et ne pourrait pas exister en son absence : les cellules des animaux et des plantes contiennent jusqu'à 95% d'eau. Malgré son importance dans notre vie de tous les jours, certaines propriétés de l?eau restent inexpliquées. En particulier, l'étude des interactions entre l'eau et les particules organiques occupe des groupes de recherche dans le monde entier et est loin d'être finie. Dans mon travail j'ai essayé de comprendre, au niveau moléculaire, ces interactions importantes pour la vie. J'ai utilisé pour cela un modèle simple de l'eau pour décrire des solutions aqueuses de différentes particules. Bien que l?eau soit généralement un bon solvant, un grand groupe de molécules, appelées molécules hydrophobes (du grecque "hydro"="eau" et "phobia"="peur"), n'est pas facilement soluble dans l'eau. Ces particules hydrophobes essayent d'éviter le contact avec l'eau, et forment donc un agrégat pour minimiser leur surface exposée à l'eau. Cette force entre les particules est appelée interaction hydrophobe, et les mécanismes physiques qui conduisent à ces interactions ne sont pas bien compris à l'heure actuelle. Dans mon étude j'ai décrit l'effet des particules hydrophobes sur l'eau liquide. L'objectif était d'éclaircir le mécanisme de l'interaction hydrophobe qui est fondamentale pour la formation des membranes et le fonctionnement des processus biologiques dans notre corps. Récemment, l'eau liquide a été décrite comme un réseau aléatoire formé par des liaisons hydrogènes. En introduisant une particule hydrophobe dans cette structure, certaines liaisons hydrogènes sont détruites tandis que les molécules d'eau s'arrangent autour de cette particule en formant une cage qui permet de récupérer des liaisons hydrogènes (entre molécules d?eau) encore plus fortes : les particules sont alors solubles dans l'eau. A des températures plus élevées, l?agitation thermique des molécules devient importante et brise la structure de cage autour des particules hydrophobes. Maintenant, la dissolution des particules devient défavorable, et les particules se séparent de l'eau en formant deux phases. A très haute température, les mouvements thermiques dans le système deviennent tellement forts que les particules se mélangent de nouveau avec les molécules d'eau. A l'aide d'un modèle qui décrit le système en termes de restructuration dans l'eau liquide, j'ai réussi à reproduire les phénomènes physiques liés à l?hydrophobicité. J'ai démontré que les interactions hydrophobes entre plusieurs particules peuvent être exprimées dans un modèle qui prend uniquement en compte les liaisons hydrogènes entre les molécules d'eau. Encouragée par ces résultats prometteurs, j'ai inclus dans mon modèle des substances fréquemment utilisées pour stabiliser ou déstabiliser des solutions aqueuses de particules hydrophobes. J'ai réussi à reproduire les effets dûs à la présence de ces substances. De plus, j'ai pu décrire la formation de micelles par des particules amphiphiles comme des lipides dont la surface est partiellement hydrophobe et partiellement hydrophile ("hydro-phile"="aime l'eau"), ainsi que le repliement des protéines dû à l'hydrophobicité, qui garantit le fonctionnement correct des processus biologiques de notre corps. Dans mes études futures je poursuivrai l'étude des solutions aqueuses de différentes particules en utilisant les techniques acquises pendant mon travail de thèse, et en essayant de comprendre les propriétés physiques du liquide le plus important pour notre vie : l'eau.

Perception of acceleration in motion-in-depth with only monocular and both monocular and binocular information

Observers are often required to adjust actions with objects that change their speed. However, no evidence for a direct sense of acceleration has been found so far. Instead, observers seem to detect changes in velocity within a temporal window when confronted with motion in the frontal plane (2D motion). Furthermore, recent studies suggest that motion-in-depth is detected by tracking changes of position in depth. Therefore, in order to sense acceleration in depth a kind of second-order computation would have to be carried out by the visual system. In two experiments, we show that observers misperceive acceleration of head-on approaches at least within the ranges we used [600-800 ms] resulting in an overestimation of arrival time. Regardless of the viewing condition (only monocular or monocular and binocular), the response pattern conformed to a constant velocity strategy. However, when binocular information was available, overestimation was highly reduced.