Fitness, sport et pression artérielle [Fitness, sports and blood pressure].

Blood pressure is lowered for a few hours after aerobic exercise, but also after resistance exercise, although for a shorter period of time. An exercise program can significantly lower resting and ambulatory BP measurements. Multiple mechanisms interact for the BP lowering effect, such as decreased total peripheral resistance, enhanced endothelial function, diminished sympathetic or rennin plasmatic activity, structural vascular modifications and baroreceptor reflex modulation. New exercises like eccentric or isometric (handgrip) contractions are promising. Resistance activities have long been considered dangerous for blood vessels because of increased arterial stiffness, but if the intensity remains moderate and aerobic exercises are integrated, then the effects are altogether beneficial.

Colour-polymorphic snake species are older

Many characteristics, for example life-history traits, physiological tolerance to heat and cold, and energy requirements, contribute to a population's ability to persist in the face of climatic variation. Recent studies have suggested that the presence of intraspecific colour polymorphism could be another potential contributor to population resilience (e.g. to climate change) in ectothermic vertebrates such as reptiles. In the present study, we tested for a relationship between the presence of intraspecific colour polymorphism and the age of snake species. Using phylogenetic comparative methods, we demonstrate that the presence of intraspecific colour polymorphism is correlated with the age of a species, with polymorphic snake species being significantly older than monomorphic species. Understanding how species have dealt with past environmental modifications, such as climate change, can provide important insights into how they are likely to respond in the future to ongoing climate warming.

Functional roles of Na,K-ATPase subunits

PURPOSE OF REVIEW: Na,K-ATPase is an oligomeric protein composed of alpha subunits, beta subunits and FXYD proteins. The catalytic alpha subunit hydrolyzes ATP and transports the cations. Increasing experimental evidence suggest that beta subunits and FXYD proteins essentially contribute to the variable physiological needs of Na,K-ATPase function in different tissues. RECENT FINDINGS: Beta subunits have a crucial role in the structural and functional maturation of Na,K-ATPase and modulate its transport properties. The chaperone function of the beta subunit is essential, for example, in the formation of tight junctions and cell polarity. Recent studies suggest that beta subunits also have inherent functions, which are independent of Na,K-ATPase activity and which may be involved in cell-cell adhesiveness and in suppression of cell motility. As for FXYD proteins, they modulate Na,K-ATPase activity in a tissue-specific way, in some cases in close cooperation with posttranslational modifications such as phosphorylation. SUMMARY: A better understanding of the multiple functional roles of the accessory subunits of Na,K-ATPase is crucial to appraise their influence on physiological processes and their implication in pathophysiological states

Combining MAR elements and transposable vectors for more reliable transgene integration and expression

Integration without cytotoxic effects and long-term expression of a transgene constitutes a major challenge in gene therapy and biotechnology applications. In this context, transposons represent an attractive system for gene transfer because of their ability to promote efficient integration of a transgene in a variety of cell lines. However, the transgene integration can lead to insertional mutagenesis and/or unstable transgene expression by epigenetic modifications. These unwanted events may be limited by the use of chromatin control elements called MARs (matrix attachment regions). Indeed, the insertion of these DNA elements next to the transgene usually results in higher and more stable expression by maintaining transgene chromatin in an active configuration and preventing gene silencing. In this study, we tested if the inclusion of the MAR 1-68 in the piggyBac transposon system may lead to efficient and safer transgene integration and ensure reliable stable and long-term expression of a transgene. The MAR-containing transposon construct was tested in CHO cells, for biotechnology applications, and in mesoangioblast cells that can differentiate into muscle cells and are important candidates for potential stem cell therapies of myopathies. We showed that the addition of the MAR 1 -68 in the piggyBac transposon did not interfere with transposition, thereby maintaining high frequency of transgene integrations in these cells. Moreover, the MAR allowed higher transgene expression from fewer transposon integration events. We also found that enriched transgene-expressing cell populations could be obtained without the need of selection pressure. Since antibiotic-enforced selection protocols often result in a higher integrated copy number and mosaic expression patterns, this strategy could benefit many applications in which a low copy number of integrated transgenes and antibiotic-free conditions are desired. In addition, the intramuscular transplantation of mouse tibialis anterior muscles with mesoangioblasts containing the transposon led to widespread and sustained myofiber transgene expression after differentiation of these cells in vivo. These findings indicated that piggyBac vectors may provide a viable approach to achieve stable gene transfer in the context of Duchenne muscular dystrophy therapy. - L'intégration sans effets cytotoxiques et l'expression à long terme d'un transgène constituent un défi majeur en thérapie génique et en biotechnologie. Dans ce contexte, les transposons représentent un système attrayant pour le transfert de gènes en raison de leur capacité à promouvoir l'intégration efficace d'un transgène dans une variété de lignées cellulaires. Toutefois, l'intégration d'un transgène peut conduire à une mutagénèse insertionnelle et/ou à une expression instable due au silençage du transgène suite à des modifications épigénétiques. Ces événements indésirables de silençage génique peuvent être diminués par l'utilisation d'éléments de contrôle de la chromatine appelés MAR (matrix attachment region). En effet, l'insertion de ces éléments d'ADN à proximité du transgène se traduit généralement par une expression plus élevée et plus stable de celui-ci, en permettant le maintien d'une chromatine dans une configuration active autour du transgène et en empêchant l'inactivation du gène. Dans cette étude, nous avons testé si l'inclusion du MAR 1-68 dans le système transposon piggyBac peut améliorer l'efficacité d'intégration de façon sécuritaire et l'expression à long terme d'un transgène. Le transposon contenant l'élément MAR a été testé dans les cellules CHO, couramment utilisées en biotechnologie, et dans des cellules progénitrices appelées mésoangioblastes, qui peuvent se différencier en cellules musculaires, et qui constituent ainsi des candidats prometteurs pour la thérapie à partir de cellules souches de patients souffrant de myopathie. Nous avons montré que l'addition du MAR 1-68 dans le transposon piggyBac n'interfère pas avec la transposition et permet de maintenir une fréquence élevée d'intégration du transgène dans ces deux types cellulaires. De plus, il semble que cette association mène à une meilleure expression du transgène à partir de peu d'événements d'intégration du transposon. En outre, ces populations enrichies en cellules exprimant de façon stable le transgène ont pu être obtenues sans avoir recours à une pression de sélection. Etant donné que les protocoles de sélection basée sur l'utilisation d'antibiotiques conduisent souvent à un nombre plus élevé de copies intégrées et à la variégation de l'expression du transgène et qu'ils impliquent une longue culture in vitro, cette stratégie pourrait profiter à des applications pour lesquelles on souhaite un faible nombre de copies intégrées et/ou l'utilisation d'antibiotiques n'est pas souhaitable. De plus, la transplantation intramusculaire de mésoangioblastes contenant le transposon dans le muscle tibial antérieur de souris a conduit, après la différentiation de ces cellules in vivo, à une expression constante et étendue du transgène dans les myofibres. Ces résultats indiquent que les vecteurs piggyBac pourraient fournir une approche viable pour assurer un transfert de gènes stables dans le contexte d'un traitement de la dystrophic musculaire de Duchenne.

Kernel-based methods for change detection in remote sensing images

Nowadays, the joint exploitation of images acquired daily by remote sensing instruments and of images available from archives allows a detailed monitoring of the transitions occurring at the surface of the Earth. These modifications of the land cover generate spectral discrepancies that can be detected via the analysis of remote sensing images. Independently from the origin of the images and of type of surface change, a correct processing of such data implies the adoption of flexible, robust and possibly nonlinear method, to correctly account for the complex statistical relationships characterizing the pixels of the images. This Thesis deals with the development and the application of advanced statistical methods for multi-temporal optical remote sensing image processing tasks. Three different families of machine learning models have been explored and fundamental solutions for change detection problems are provided. In the first part, change detection with user supervision has been considered. In a first application, a nonlinear classifier has been applied with the intent of precisely delineating flooded regions from a pair of images. In a second case study, the spatial context of each pixel has been injected into another nonlinear classifier to obtain a precise mapping of new urban structures. In both cases, the user provides the classifier with examples of what he believes has changed or not. In the second part, a completely automatic and unsupervised method for precise binary detection of changes has been proposed. The technique allows a very accurate mapping without any user intervention, resulting particularly useful when readiness and reaction times of the system are a crucial constraint. In the third, the problem of statistical distributions shifting between acquisitions is studied. Two approaches to transform the couple of bi-temporal images and reduce their differences unrelated to changes in land cover are studied. The methods align the distributions of the images, so that the pixel-wise comparison could be carried out with higher accuracy. Furthermore, the second method can deal with images from different sensors, no matter the dimensionality of the data nor the spectral information content. This opens the doors to possible solutions for a crucial problem in the field: detecting changes when the images have been acquired by two different sensors.

The prosecution service function within the spanish criminal justice system

The Spanish judicial system is independent and headed by the Supreme Court. Spain has a civil law system. The criminal procedure is governed by the legality principle--by opposition to the opportunity or expediency principle--which implies that prosecution must take place in all cases in which sufficient evidence exists of guilt. Traditionally, the role of the PPS in Spain has been very limited during the investigative stage of the process. That stage is under the responsibility of the Examining Magistrate (EM). Since the end of the 1980s, a series of modifications has been introduced in order to extend the functions of the PPS. In 1988, the PPS received extended competences which allow them to receive reports of offenses. Upon knowing of an offense (reported or known to have been committed), the PPS can initiate the criminal proceeding. The PPS is also allowed to lead a sort of plea bargain under a series of restrictive conditions and only for some offenses. At the same time, the PPS received extended competences in the juvenile justice criminal proceeding in 2000. With all this said, the role of the PPS has not changed radically and, during the investigative stage of the process, their main role remains the presentation of the accusation, playing a more active role during the trial stage of the proceeding. In this article the national criminal justice system of Spain is described. Special attention is paid to the function of the PPS within this framework and its relationship to police and courts. The article refers to legal provisions and the factual handling of criminal cases.

Suicide after successful deep brain stimulation for movement disorders.

The authors observed a high rate of suicide (6/140 patients, 4.3%) in a large cohort of patients with movement disorders treated with deep brain stimulation (DBS). Apparent risk factors included a previous history of severe depression and multiple successive DBS surgeries, whereas there was no relationship with the underlying condition, DBS target, electrical parameters, or modifications of treatment. Paradoxically, all patients experienced an excellent motor outcome following the procedure. The authors propose that patients at high risk for suicide should be excluded from DBS surgery.

Extended bottom-up proteomics with secreted aspartic protease Sap9.

We investigate the benefits and experimental feasibility of approaches enabling the shift from short (1.7kDa on average) peptides in bottom-up proteomics to about twice longer (~3.2kDa on average) peptides in the so-called extended bottom-up proteomics. Candida albicans secreted aspartic protease Sap9 has been selected for evaluation as an extended bottom-up proteomic-grade enzyme due to its suggested dibasic cleavage specificity and ease of production. We report the extensive characterization of Sap9 specificity and selectivity revealing that protein cleavage by Sap9 most often occurs in the vicinity of proximal basic amino acids, and in select cases also at basic and hydrophobic residues. Sap9 is found to cleave a large variety of proteins in a relatively short, ~1h, period of time and it is efficient in a broad pH range, including slightly acidic, e. g., pH5.5, conditions. Importantly, the resulting peptide mixtures contain representative peptides primarily in the target 3-7kDa range. The utility and advantages of this enzyme in routine analysis of protein mixtures are demonstrated and the limitations are discussed. Overall, Sap9 has a potential to become an enzyme of choice in an extended bottom-up proteomics, which is technically ready to complement the traditional bottom-up proteomics for improved targeted protein structural analysis and expanded proteome coverage. BIOLOGICAL SIGNIFICANCE: Advances in biological applications of mass spectrometry-based bottom-up proteomics are oftentimes limited by the extreme complexity of biological samples, e.g., proteomes or protein complexes. One of the reasons for it is in the complexity of the mixtures of enzymatically (most often using trypsin) produced short (<3kDa) peptides, which may exceed the analytical capabilities of liquid chromatography and mass spectrometry. Information on localization of protein modifications may also be affected by the small size of typically produced peptides. On the other hand, advances in high-resolution mass spectrometry and liquid chromatography have created an intriguing opportunity of improving proteome analysis by gradually increasing the size of enzymatically-derived peptides in MS-based bottom-up proteomics. Bioinformatics has already confirmed the envisioned advantages of such approach. The remaining bottle-neck is an enzyme that could produce longer peptides. Here, we report on the characterization of a possible candidate enzyme, Sap9, which may be considered for producing longer, e.g., 3-7kDa, peptides and lead to a development of extended bottom-up proteomics.

The E3 ubiquitin ligase Itch regulates sorting nexin 9 through an unconventional substrate recognition domain.

The level of intracellular proteins is mainly regulated through modifications by ubiquitin ligases that target them for degradation. Members of the NEDD4 family of E3 ubiquitin ligases, such as Itch (atrophin-1 interacting protein 4), possess up to four WW domains for specific association with PY motif-containing substrates. We have identified sorting nexin 9 (SNX9), a protein involved in endocytic processes, as a new substrate of Itch. Itch ubiquitylates SNX9 and regulates intracellular SNX9 levels. Using truncated proteins, we found that the interaction with SNX9 is mediated by the proline-rich domain (PRD) of Itch, a domain distinct from the conventional WW recognition domain, and the SH3 domain of SNX9. Interaction with the PRD of Itch is essential for SNX9 ubiquitylation and degradation. Furthermore, this effect is specific for Itch, as NEDD4, a related PRD-containing E3 ligase, does not bind SNX9. SNX18, a second member of the SNX family containing an SH3 domain, was also found to bind to Itch. Our results indicate that the pool of substrates of NEDD4 family E3 ubiquitin ligases extends beyond proteins containing PY motifs.

Pour une histoire croisée des dispositifs audiovisuels et des sciences du psychisme autour de 1900 : la construction du spectateur cinématographique

Réalisée dans le cadre du projet de recherche initié à la section d'histoire et esthétique du cinéma de l'Université de Lausanne autour du concept « d'Épistémè 1900 », cette thèse cherche à mettre en rapport dialogique deux « ensembles » formés par l'histoire du cinéma et l'histoire des sciences du psychisme dans une période circonscrite entre 1880 et 1910. Il s'agit de repenser les liens entre cinéma et sciences du psychisme, chacun de ces ensembles discursifs étant traités au même niveau en tant qu'objets historiques de savoir qui ont des choses à nous apprendre sur le cinéma en tant que phénomène culturel, anthropologique et social. Au passage du siècle, cinéma et sciences du psychisme se rencontrent au coeur d'une nouvelle problématisation du sujet définie par des savoirs scientifiques et parascientifiques alors confrontés aux phénomènes intriguants de l'hystérie et de l'hypnose. L'hystérie et l'hypnose provoquent des états nerveux lesquels constituent un terrain propice au développement de sujets divisés, hallucinés et intrancés, conduisant les médecins et psychologues à remettre en question l'idée d'un moi homogène et contrôlé. L'expansion d'une culture névrotique fabriquant à la chaîne des corps automatiques voués à leur inconscient cérébral permet de rapprocher le cinéma et les théories du psychisme sur une base qui a été rarement explorée jusqu'ici, en particulier relativement à la construction (théorique) du spectateur de cinéma. Si le dispositif cinématographique en tant que technique, représentation et modèle de pensée reprend à son compte l'imaginaire médical de cette époque, il contribue également en retour à façonner une conception de la subjectivité étroitement tributaire des technologies contemporaines et des fantasmes qu'elles génèrent. Aux côtés des personnages hystériques filmés par les premiers opérateurs, les spectateurs tels que décrits dans les textes-sources participent, d'une part à attester de la persistance du modèle neuro-pathologique dans la culture visuelle du début du XXe siècle, et d'autre part à transformer la vision savante du sujet dans ses rapports perceptifs et affectifs avec le monde environnant. C'est donc dans une logique d'interactions réciproques qu'il faut envisager les rapports entre le cinéma (conçu ici essentiellement comme comme un dispositif réunissant un appareillage, une image et un spectateur) et les connaissances relatives à l'intériorité psychique qui s'élaborent dans le domaine des sciences médico-psychologiques. Pour étudier ces rapports, j'ai choisi la figure du spectateur puisque les théories du psychisme s'intéressent prioritairement à l'humain et à sa subjectivité. À partir de cette figure-clé, j'ai tenté de montrer comment le spectacle cinématographique et les sciences du psychisme participent à des réflexions sur l'avènement d'une nouvelle forme de subjectivité consonante avec la modernité, une modernité qui bouleverse la manière d'envisager le fonctionnement de l'appareil psychique, donc les rapports de l'individu à soi-même et à ses images, mais aussi aux autres et au monde en général. Les croisements entre le sujet du cinéma et le sujet des sciences du psychisme s'effectuent autour de quatre paradigmes selon moi définitoires de la subjectivité autour de 1900 et structurant l'ensemble de cette recherche : la fatigue, le choc, l'hallucination et l'hypnose. En parcourant les sources, on s'aperçoit en effet qu'elles envisagent le corps humain tantôt comme une machine (un corps thermodynamique et électrophysiologique), tantôt comme hystérique ou neurasthénique (un corps traumatique et dysfonctionnel), tantôt comme rêveur (un corps producteur d'images et de sons perçus sur un mode hallucinatoire), tantôt comme hypermnésique (un corps de « clichés-souvenirs » emmagasinés à l'infini), tantôt comme hypnotisé (un corps suggestionné et contagieux). Tous ces corps, au final, ne forment qu'un seul corps générique, c'est-à-dire construisent et qualifient le corps nerveux des sciences du psychisme qui se manifeste sous différentes facettes en fonction des pathologies et des situations. À la fois unique et multiple, ce corps nerveux subsume le corpsmachine, le corps traumatisé, le corps halluciné et le corps hypnotisé qui font l'objet d'analyse détaillées dans les différentes parties de la thèse. Ces quatre grands « corps » retenus comme autant de déclinaisons possibles du corps nerveux sont directement mis en rapport avec quatre concepts : la fatigue, le choc, l'hallucination et l'hypnose - ce choix s'imposant face au constat de leur récurrence suite au dépouillement de nombreuses sources. J'ai tenté, au cours de ce travail, de défendre plusieurs hypothèses (ou séries d'hypothèses) relatives à l'avènement du spectateur cinématographique autour de 1900. Corrélées les unes aux autres, elles gagnent à être comprises ensemble. 1) Les sciences du psychisme et les discours sur les spectacles et dispositifs audiovisuels contribuent, dans leurs échanges, à la construction du sujet moderne, un sujet né de la révolution industrielle et s'épanouissant grâce à la culture de masse. La culture de masse met en scène des corps nerveux (automatiques, traumatisés, hallucinés et hypnotisés) dont la démultiplication sous différentes formes et en différents lieux fait émerger un nouveau modèle de subjectivité. Si le cinéma constitue un laboratoire expérimental du corps nerveux, il participe également à la transformation du corps nerveux en sujet nerveux, c'est-à-dire en un sujet moderne jouissant d'un nervosisme mué en modèle culturel. 2) Le cinématographe devient autour de 1900 un dispositif modélisateur pour les sciences du psychisme qui conceptualisent le fonctionnement de l'appareil psychique sous les espèces d'une machine projetant des sons et des images. En tant qu'opérateur de pensée, le cinéma offre une pluralité de modèles épistémologiques possibles, suivant que l'on s'intéresse à son fonctionnement général, ses détails techniques, ses effets sur les spectateurs, sa dimension spectaculaire et populaire. Par conséquent, le cinéma peut étayer une variété d'objets dans le champ des sciences médicales : le corps, l'esprit, la pensée, l'imagination, le rêve, l'hallucination, l'hypnose, la psychose ; mais aussi le corps individuel ou social, qu'ils soient sains ou malades. C'est sur cette base, j'en viens à penser que le spectateur de cinéma sert de modèle au sujet nerveux des sciences médicales. 3) Le rôle modélisateur du cinéma provoque en effet des modifications dans la manière de théoriser le corps nerveux puisqu'il fait transiter le corps nerveux de la psychopathologie vers le sujet nerveux de la culture spectaculaire moderne. Le spectateur du cinéma des premiers temps apparaît comme le prototype du sujet sidéré par le spectacle du monde moderne, prenant plaisir à être surstimulé et se prêtant volontiers au jeu de l'illusion de réalité. Actualisant un modèle de spectatorialité ambivalent, balançant entre hystérie et hypnose, le spectateur cinématographique intègre les codes de la maladie nerveuse pour leur donner une nouvelle dimension (esthétique, artistique) sur la scène sociale. 4) Les trois premières séries d'hypothèses ne peuvent être validées que si l'on examine comment les discours sur le cinéma pré-institutionnel se sont appropriés la culture du corps nerveux, de sorte à façonner un modèle de spectatorialité étayé sur les valeurs féminines d'impressionnabilité, d'excitabilité et de sentimentalité (des valeurs culturellement construites). Partant, j'ai voulu montrer que si durant la première phase de son histoire, le spectacle cinématographique fait l'objet d'une hystéricisation de la part des discours qui l'annexent à la sphère féminine de la culture de masse, dans sa phase d'institutionnalisation, on assiste à un processus de masculinisation du modèle spectatoriel (mais également, des lieux d'exibition, du mode de production, du mode de représentation, etc.).

Advantages of extended bottom-up proteomics using sap9 for analysis of monoclonal antibodies.

Despite the recent advances in structural analysis of monoclonal antibodies with bottom-up, middle-down, and top-down mass spectrometry (MS), further improvements in analysis accuracy, depth, and speed are needed. The remaining challenges include quantitatively accurate assignment of post-translational modifications, reduction of artifacts introduced during sample preparation, increased sequence coverage per liquid chromatography (LC) MS experiment, and ability to extend the detailed characterization to simple antibody cocktails and more complex antibody mixtures. Here, we evaluate the recently introduced extended bottom-up proteomics (eBUP) approach based on proteolysis with secreted aspartic protease 9, Sap9, for analysis of monoclonal antibodies. Key findings of the Sap9-based proteomics analysis of a single antibody include: (i) extensive antibody sequence coverage with up to 100% for the light chain and up to 99-100% for the heavy chain in a single LC-MS run; (ii) connectivity of complementarity-determining regions (CDRs) via Sap9-produced large proteolytic peptides (3.4 kDa on average) containing up to two CDRs per peptide; (iii) reduced artifact introduction (e. g., deamidation) during proteolysis with Sap9 compared to conventional bottom-up proteomics workflows. The analysis of a mixture of six antibodies via Sap9-based eBUP produced comparable results. Due to the reasons specified above, Sap9-produced proteolytic peptides improve the identification confidence of antibodies from the mixtures compared to conventional bottom-up proteomics dealing with shorter proteolytic peptides.

Jasmonate biochemical pathway.

Plants possess an interrelated family of potent fatty acid-derived regulators-the jasmonates. These compounds, which play roles in both defense and development, are derived from tri-unsaturated fatty acids [alpha-linolenic acid (18:3) or 7Z,10Z,13Z-hexadecatrienoic acid (16:3)]. The lipoxygenase-catalyzed addition of molecular oxygen to alpha-linolenic acid initiates jasmonate synthesis by providing a 13-hydroperoxide substrate for the formation of an unstable allene oxide that is then subject to enzyme-guided cyclization to produce 12-oxo-phytodienoic acid (OPDA). OPDA has several fates, including esterification into plastid lipids or transformation into the 12-carbon co-regulator jasmonic acid (JA). JA, the best-characterized member of the family, regulates both male and female fertility (depending on the plant species) and is an important mediator of defense gene expression. JA is itself a substrate for further diverse modifications. Genetic dissection of the pathway is revealing how the different jasmonates modulate different physiological processes. Each new family member that is discovered provides another key to understanding the fine control of gene expression in immune responses, in the initiation and maintenance of long-distance signal transfer in response to wounding, in the regulation of fertility, and in the turnover, inactivation, and sequestration of jasmonates, among other processes. The Jasmonate Biochemical Pathway provides an overview of the growing jasmonate family, and new members will be included in future versions of the Connections Map.

Dose reconstruction in the context of tomotherapy

In vivo dosimetry is a way to verify the radiation dose delivered to the patient in measuring the dose generally during the first fraction of the treatment. It is the only dose delivery control based on a measurement performed during the treatment. In today's radiotherapy practice, the dose delivered to the patient is planned using 3D dose calculation algorithms and volumetric images representing the patient. Due to the high accuracy and precision necessary in radiation treatments, national and international organisations like ICRU and AAPM recommend the use of in vivo dosimetry. It is also mandatory in some countries like France. Various in vivo dosimetry methods have been developed during the past years. These methods are point-, line-, plane- or 3D dose controls. A 3D in vivo dosimetry provides the most information about the dose delivered to the patient, with respect to ID and 2D methods. However, to our knowledge, it is generally not routinely applied to patient treatments yet. The aim of this PhD thesis was to determine whether it is possible to reconstruct the 3D delivered dose using transmitted beam measurements in the context of narrow beams. An iterative dose reconstruction method has been described and implemented. The iterative algorithm includes a simple 3D dose calculation algorithm based on the convolution/superposition principle. The methodology was applied to narrow beams produced by a conventional 6 MV linac. The transmitted dose was measured using an array of ion chambers, as to simulate the linear nature of a tomotherapy detector. We showed that the iterative algorithm converges quickly and reconstructs the dose within a good agreement (at least 3% / 3 mm locally), which is inside the 5% recommended by the ICRU. Moreover it was demonstrated on phantom measurements that the proposed method allows us detecting some set-up errors and interfraction geometry modifications. We also have discussed the limitations of the 3D dose reconstruction for dose delivery error detection. Afterwards, stability tests of the tomotherapy MVCT built-in onboard detector was performed in order to evaluate if such a detector is suitable for 3D in-vivo dosimetry. The detector showed stability on short and long terms comparable to other imaging devices as the EPIDs, also used for in vivo dosimetry. Subsequently, a methodology for the dose reconstruction using the tomotherapy MVCT detector is proposed in the context of static irradiations. This manuscript is composed of two articles and a script providing further information related to this work. In the latter, the first chapter introduces the state-of-the-art of in vivo dosimetry and adaptive radiotherapy, and explains why we are interested in performing 3D dose reconstructions. In chapter 2 a dose calculation algorithm implemented for this work is reviewed with a detailed description of the physical parameters needed for calculating 3D absorbed dose distributions. The tomotherapy MVCT detector used for transit measurements and its characteristics are described in chapter 3. Chapter 4 contains a first article entitled '3D dose reconstruction for narrow beams using ion chamber array measurements', which describes the dose reconstruction method and presents tests of the methodology on phantoms irradiated with 6 MV narrow photon beams. Chapter 5 contains a second article 'Stability of the Helical TomoTherapy HiArt II detector for treatment beam irradiations. A dose reconstruction process specific to the use of the tomotherapy MVCT detector is presented in chapter 6. A discussion and perspectives of the PhD thesis are presented in chapter 7, followed by a conclusion in chapter 8. The tomotherapy treatment device is described in appendix 1 and an overview of 3D conformai- and intensity modulated radiotherapy is presented in appendix 2. - La dosimétrie in vivo est une technique utilisée pour vérifier la dose délivrée au patient en faisant une mesure, généralement pendant la première séance du traitement. Il s'agit de la seule technique de contrôle de la dose délivrée basée sur une mesure réalisée durant l'irradiation du patient. La dose au patient est calculée au moyen d'algorithmes 3D utilisant des images volumétriques du patient. En raison de la haute précision nécessaire lors des traitements de radiothérapie, des organismes nationaux et internationaux tels que l'ICRU et l'AAPM recommandent l'utilisation de la dosimétrie in vivo, qui est devenue obligatoire dans certains pays dont la France. Diverses méthodes de dosimétrie in vivo existent. Elles peuvent être classées en dosimétrie ponctuelle, planaire ou tridimensionnelle. La dosimétrie 3D est celle qui fournit le plus d'information sur la dose délivrée. Cependant, à notre connaissance, elle n'est généralement pas appliquée dans la routine clinique. Le but de cette recherche était de déterminer s'il est possible de reconstruire la dose 3D délivrée en se basant sur des mesures de la dose transmise, dans le contexte des faisceaux étroits. Une méthode itérative de reconstruction de la dose a été décrite et implémentée. L'algorithme itératif contient un algorithme simple basé sur le principe de convolution/superposition pour le calcul de la dose. La dose transmise a été mesurée à l'aide d'une série de chambres à ionisations alignées afin de simuler la nature linéaire du détecteur de la tomothérapie. Nous avons montré que l'algorithme itératif converge rapidement et qu'il permet de reconstruire la dose délivrée avec une bonne précision (au moins 3 % localement / 3 mm). De plus, nous avons démontré que cette méthode permet de détecter certaines erreurs de positionnement du patient, ainsi que des modifications géométriques qui peuvent subvenir entre les séances de traitement. Nous avons discuté les limites de cette méthode pour la détection de certaines erreurs d'irradiation. Par la suite, des tests de stabilité du détecteur MVCT intégré à la tomothérapie ont été effectués, dans le but de déterminer si ce dernier peut être utilisé pour la dosimétrie in vivo. Ce détecteur a démontré une stabilité à court et à long terme comparable à d'autres détecteurs tels que les EPIDs également utilisés pour l'imagerie et la dosimétrie in vivo. Pour finir, une adaptation de la méthode de reconstruction de la dose a été proposée afin de pouvoir l'implémenter sur une installation de tomothérapie. Ce manuscrit est composé de deux articles et d'un script contenant des informations supplémentaires sur ce travail. Dans ce dernier, le premier chapitre introduit l'état de l'art de la dosimétrie in vivo et de la radiothérapie adaptative, et explique pourquoi nous nous intéressons à la reconstruction 3D de la dose délivrée. Dans le chapitre 2, l'algorithme 3D de calcul de dose implémenté pour ce travail est décrit, ainsi que les paramètres physiques principaux nécessaires pour le calcul de dose. Les caractéristiques du détecteur MVCT de la tomothérapie utilisé pour les mesures de transit sont décrites dans le chapitre 3. Le chapitre 4 contient un premier article intitulé '3D dose reconstruction for narrow beams using ion chamber array measurements', qui décrit la méthode de reconstruction et présente des tests de la méthodologie sur des fantômes irradiés avec des faisceaux étroits. Le chapitre 5 contient un second article intitulé 'Stability of the Helical TomoTherapy HiArt II detector for treatment beam irradiations'. Un procédé de reconstruction de la dose spécifique pour l'utilisation du détecteur MVCT de la tomothérapie est présenté au chapitre 6. Une discussion et les perspectives de la thèse de doctorat sont présentées au chapitre 7, suivies par une conclusion au chapitre 8. Le concept de la tomothérapie est exposé dans l'annexe 1. Pour finir, la radiothérapie «informationnelle 3D et la radiothérapie par modulation d'intensité sont présentées dans l'annexe 2.

Kinetics of crystal growth and equilibrium domains in eclogite of the Sesia Zone, Western Alps

Kinetics of crystal growth and equilibrium domains in eclogite of the Sesia Zone, Western Alps Darbellay Bastien Institut de Minéralogie et Géochimie Résumé grand public Comme toute matière, la roche est sensible à son environnement et cherche à s'adapter pour acquérir un état stable (état d'équilibre). Les changements des conditions physiques (température et pression) vont ainsi impliquer des modifications dans la roche. Le métamorphisme est l'étude de ces changements. Les minéraux qui constituent la roche peuvent modifier, leur structure, leur chimie ou être remplacer par d'autres minéraux plus stables. Il est ainsi crucial de déterminer les processus responsables et limitant de la croissance minérale. Trois processus permettent la croissance ; (1) la dissolution des éléments du réactant, (2) le transport de ces éléments vers le site de croissance, (3) l'incorporation de ces éléments dans la nouvelle structure. Cette thèse se focalise sur les structures des minéraux de haute pression (forme, zonation chimique, structure interne) pour essayer de déterminer les facteurs importants à l'origine de leur état final. Les zones d'étude se situent dans la zone de Sésia. La première partie traite de la problématique liée à l'incorporation d'un élément dans une structure minérale. A l'image de la croissance humaine, les irrégularités minéralogiques permettent de mettre en lumière un dysfonctionnement de la croissance due à un excès ou à une carence d'un élément. Bien dosé, cet élément est cependant essentiel à la croissance. Les zoisites (épidotes) des métabasites de la région de Cima di Bonze montrent une zonation chimique en sablier. Dans cette zonation la teneur en fer excède la capacité maximum que peut contenir la structure orthorhombique de la zoisite. Des défauts de structure permettent l'accommodation de cet excès. La zoisite peut ainsi adapter sa structure pour permettre l'incorporation d'une relativement grande quantité de fer. Les études précédentes montraient, pour des conditions similaires, la formation de deux épidotes distinctes. La deuxième partie se penche sur la compétition entre le minéral qui fait sa croissance et les minéraux (réactants) qui l'entourent. Les métapélites de la région du Monte Mucrone contiennent des grenats atollaires. Des études détaillées de la texture et de la zonation chimique du grenat ainsi qu'une modélisation thermodynamique ont permis de mieux cerner les facteurs importants responsables de la forme atollaire. Cette structure est obtenue par un changement du comportement de la croissance du grenat le long d'un chemin P-T hercynien. Dans un premier stade, le grenat croît rapidement et consume peu le quartz de la matrice. La croissance se fait ainsi le long des jointures des grains de quartz. Dans un second temps, les changements de conditions PT donnent une croissance lente du grenat et une forte consommation du quartz. Le grenat peut ainsi développer sa forme dodécaédrale classique. La troisième partie s'intéresse aux distances de transport par diffusion d'un élément (ici l'argon) durant la haute pression. Pour ce faire, un profile d'âges 40Ar/39Ar sur biotite a été mesuré depuis un veine de haute pression riche en argon jusque dans son encaissant (granitoïd du Monte Mucrone). Le profile montre une répartition des âges suivant une courbe de diffusion. Le transport se fait sur une longueur de deux centimètre avec l'aide d'un fluide. Il est réduit à une échelle millimétrique quand la phase fluide disparaît. Cette étude montre ainsi les difficultés de transport des éléments durant la haute pression ne permettant pas un rééquilibrage de la roche à grande échelle. Kinetics of crystal growth and equilibrium domains in eclogite of the Sesia Zone, Western Alps Darbellay Bastien Institut de Minéralogie et Géochimie Résumé de thèse Les processus de croissance (diffusion des éléments et les réactions d'interface) et les conditions dans lesquelles les minéraux grandissent (température, pression, fluide, composition chimique de la roche), déterminent la texture ainsi que la zonation des minéraux. Cette thèse se focalise, par le biais de textures peu communes, sur trois différents processus impliqués dans la croissance minérale à haute pression (Zone de Sésia, Alpes de l'Ouest, Italie). L'incorporation d'un élément dans une structure minérale ne peut se faire que dans des sites en accord avec la taille et la charge ionique de l'élément. De plus, la balance de charge doit être maintenue dans le minéral. La régularité de la structure cristalline fixe ainsi une limite maximum de concentration d'un élément donné. Les zoisites provenant des métabasites de la région de Cima di Bonze montrent des zonations en sablier caractérisées par une concentration anormale en fer. La zonation se marque par une différente teinte de biréfringence et par un plus grand angle d'extinction que le reste de la zoisite. Une inter-croissance de clinozoisite à l'intérieur de la structure orthorhombique de la zoisite peut ainsi être suspectée. Les analyses XRD (diffraction des rayons x) ainsi que les analyses Raman ne confirment pas cette suspicion. Seules les analyses TEM (microscope à électrons transmis) montrent des défauts de structure pouvant être interprétés comme des modules de clinozoisite. Ils ne peuvent cependant pas être considérés comme une phase thermodynamique. Un nouveau trou d'immiscibilité entre deux zoisite (X ep= 0.1 and Xep = 0.15) a ainsi pu être établi. Dans les métapélites la région du Monte Mucrone, des grenats fortement zonés montrent une évolution texturale singulière. Ils présentent une forme initiale de `champignon' qui se développe pour former une structure atollaire finale. L'étude conjuguée de la structure 3D et des zonations, ainsi que l'établissement d'un model thermodynamique, indiquent que ces structures proviennent de deux épisodes de croissances : (1) La croissance du grenat durant un chemin prograde hercynien (de 525 °C et 6.2 kbar à 640 °C et 9 kbar) permet la formation des textures atollaires. Elles sont le résultat d'une croissance poecilitique initiale suivie d'une croissance idiomorphique du grenat. (2) La structure est rendue plus complexe par la cristallisation d'un grenat homogène tout autour ainsi qu'à l'intérieur du grenat hercynien durant la haute pression alpine (550 °C and 20 kbar). L'arrivée de l'eau durant la haute pression facilite le transport d'éléments et permet une cristallisation rapide du grenat. La diffusion peut être un facteur limitant de la croissance minéralogique. Elle a aussi une grande importance pour la géochronologie. Une veine de haute pression à l'intérieur du granitoïde du Monte Mucrone a été étudiée dans le but de déterminer la distance de diffusion de l'argon. Le profile d'âges 40Ar/39Ar sur biotites, établi de la veine vers le métagranitoïde, suit une courbe de diffusion. Les âges sont élevés proche de la veine (800 Ma) puis décroissent jusqu'à des âges homogènes (170-150 Ma) à deux centimètres de la veine. La présence de fluide, marqué par de hautes concentrations en chlore, permet une diffusion centimétrique. Cependant, la distance est réduite à une échelle millimétrique quand le fluide est absent. Les très faibles distances de diffusion préservent les âges pré-alpins et impliquent un événement géologique pour les âges de 170-150 Ma. Kinetics of crystal growth and equilibrium domains in eclogite of the Sesia Zone, Western Alps Darbellay Bastien Institut de Minéralogie et Géochimie Thesis abstract Rock textures and zonings are the consequence of growth processes (element diffusion and interface reaction) steered by the environment in which they grew (pressure, differential stress, temperature, fluid and rock composition). The thesis presented here focuses on three different topics, each of it dealing with aspects of mineral growth processes during subduction, in a high-pressure environment. All studies were conducted in the Sesia Zone of the Western European Alps, Italy. The first study addresses the crystallography and geochemistry of element incorporation in zoisite, one of the major hydrous minerals found in subduction zone rocks. Elements can be incorporated into a mineral structure only on crystallographic sites that offer enough space for the ion and the overall charge balance has to be maintained. Element concentrations are hence limited. Incorporation of some elements produces complex zoning, including hourglass like patterns, which are the focus of the first contribution. Zoisites from Cima di Bonze (Sesia Zone) show spectacular hourglass zoning defined by Fe-content variations. The hourglass zones have a distinct birefringence and a different extinction angle than the regular part of the zoisite. We show by detailed XRD (X-ray diffraction) and confocal Raman analyses that the high Fe-zones are nevertheless zoisite, and not clinozoisite as one might expect. High resolution TEM (transmission electron microscopy) analyses show planar defects on (100) that can be interpreted as small-scale clinozoisite modules. However, these clinozoisites cannot be interpreted as a distinctive thermodynamic phase and the entire mineral has to be considered as zoisite. The miscibility gap between two zoisites (Xep = 0.1 and Xep = 0.15) can be then definite at 550 ± 50°C and 14 to 20 Kbar. Strongly zoned garnets in quartz rich metapelite from the Monte Mucrone area (Sesia Zone) show evolution form 3D mushroom to atoll structure. The second contribution presents textural investigations, garnet zoning and thermodynamic modeling that demonstrate that atoll garnets are the result of two distinctive growth events. (1) Garnet atoll structure is already formed during a prograde Hercynian path from 525 °C and 6.2 kbar to 640 °C and 9 kbar. It results in an initial poikilitic growth followed by a final idiomorphic growth event. (2) Alpine HP garnet are homogenous (550 °C and 20 kbar) and grew around and also inside the Hercynian garnet. Lack of prograde Alpine garnet and fast growth of the HP garnet is explained by the absence of water during much of the prograde path. Water saturation was only observed towards the end, close towards the peak metamorphic conditions. Diffusion could be a limiting factor for crystal growth. It has also a great importance in geochronology. HP vein inside the metagranitoide of the Monte Mucrone (~300 Ma) was investigated to determine argon diffusion scales during high-pressure metamorphism. 40Ar/39Ar biotite ages profile from the vein toward the metagranodiorite show a diffusion curve: old ages (800 Ma) located close to the vein decrease until homogenous 170-150 Ma ages are obtained, two centimeter away from the vein. Centimeter-scale diffusion occurs with help of a fluid phase marked by high chlorine concentrations. Argon diffusion is reduced to a millimeter scale when free fluid is absent. Very short diffusion distance permits to preserve pre-Alpine ages. The 170-150 Ma ages are considered to be geologic meaningful, probably resulting from the extensional tectonics linked to opening of the Tethian ocean.

Integration of olfactory information in a spatial representation enabling accurate arm choice in the radial arm maze

The aim of the present study was to determine whether and how rats can use local olfactory cues for spatial orientation. Rats were trained in an eight-arm radial maze under different conditions as defined by the presence or absence of supplementary olfactory cues marking each arm, the availability of distant visuospatial information, and the illumination of the maze (light or darkness). The different visual conditions were designed to dissociate among the effects of light per se and those of visuospatial cues, on the use of olfactory cues for accurate arm choice. Different procedures with modifications of the arrangement of olfactory cues were used to determine if rats formed a representation of the spatial configuration of the olfactory cues and if they could rely on such a representation for accurate arm choice in the radial maze. The present study demonstrated that the use of olfactory cues to direct arm choice in the radial arm maze was critically dependent on the illumination conditions and implied two different modes of processing of olfactory information according to the presence or the absence of light. Olfactory cues were used in an explicit manner and enabled accurate arm choice only in the absence of light. Rats, however, had an implicit memory of the location of the olfactory cues and formed a representation of the spatial position of these cues, whatever the lighting conditions. They did not memorize the spatial configuration of the olfactory cues per se but needed these cues to be linked to the external spatial frame of reference.