Bicelles: new nano systems for skin applications

Bicellar systems are lipid nanostructures formed by long- and short-chained phospholipids dispersed in aqueoussolution. Because of their attractive combination of lipid composition, small size and morphological versatility, bicellesbecame new targets for skin research. Bicelles modify the skin biophysical parameters and modulate the skin barrier function acting as enhancers for drug penetration. Moreover, these aggregates have the ability to penetrate through the narrowintercellular spaces of the skin stratum corneum and to reinforce its lipid lamellae. Their structures allows for the incorporation of different molecules that can be carried through the skin layers. Theremarkable versatility of bicelles is their most important characteristic, which makes it possible their use in different fields.These aggregates represent new nanosystems for skin applications. In this work we provide an overview of the main properties ofbicelles and their effects on the skin.

Caveolin-1 opens endothelial cell junctions by targeting catenins.

AIMS: A fundamental phenomenon in inflammation is the loss of endothelial barrier function, in which the opening of endothelial cell junctions plays a central role. However, the molecular mechanisms that ultimately open the cell junctions are largely unknown.¦METHODS AND RESULTS: Impedance spectroscopy, biochemistry, and morphology were used to investigate the role of caveolin-1 in the regulation of thrombin-induced opening of cell junctions in cultured human and mouse endothelial cells. Here, we demonstrate that the vascular endothelial (VE) cadherin/catenin complex targets caveolin-1 to endothelial cell junctions. Association of caveolin-1 with VE-cadherin/catenin complexes is essential for the barrier function decrease in response to the pro-inflammatory mediator thrombin, which causes a reorganization of the complex in a rope ladder-like pattern accompanied by a loss of junction-associated actin filaments. Mechanistically, we show that in response to thrombin stimulation the protease-activated receptor 1 (PAR-1) causes phosphorylation of caveolin-1, which increasingly associates with β- and γ-catenin. Consequently, the association of β- and γ-catenin with VE-cadherin is weakened, thus allowing junction reorganization and a decrease in barrier function. Thrombin-induced opening of cell junctions is lost in caveolin-1-knockout endothelial cells and after expression of a Y/F-caveolin-1 mutant but is completely reconstituted after expression of wild-type caveolin-1.¦CONCLUSION: Our results highlight the pivotal role of caveolin-1 in VE-cadherin-mediated cell adhesion via catenins and, in turn, in barrier function regulation.

A developmental framework for endodermal differentiation and polarity.

The endodermis is a root cell layer common to higher plants and of fundamental importance for root function and nutrient uptake. The endodermis separates outer (peripheral) from inner (central) cell layers by virtue of its Casparian strips, precisely aligned bands of specialized wall material. Here we reveal that the membrane at the Casparian strip is a diffusional barrier between the central and peripheral regions of the plasma membrane and that it mediates attachment to the extracellular matrix. This membrane region thus functions like a tight junction in animal epithelia, although plants lack the molecular modules that establish tight junction in animals. We have also identified a pair of influx and efflux transporters that mark both central and peripheral domains of the plasma membrane. These transporters show opposite polar distributions already in meristems, but their localization becomes refined and restricted upon differentiation. This "central-peripheral" polarity coexists with the apical-basal polarity defined by PIN proteins within the same cells, but utilizes different polarity determinants. Central-peripheral polarity can be already observed in early embryogenesis, where it reveals a cellular polarity within the quiescent center precursor cell. A strict diffusion block between polar domains is common in animals, but had never been described in plants. Yet, its relevance to endodermal function is evident, as central and peripheral membranes of the endodermis face fundamentally different root compartments. Further analysis of endodermal transporter polarity and manipulation of its barrier function will greatly promote our understanding of plant nutrition and stress tolerance in roots.

Cerebrospinal fluid soluble amyloid-β protein precursor as a potential novel biomarkers of Alzheimer's disease.

In this report, we confirm our previous findings of increased concentrations of soluble amyloid-β protein precursor (sAβPP) in cerebrospinal fluid (CSF) of patients with Alzheimer's disease (AD) and mild cognitive impairment (MCI) in a large cohort of patients (n = 314), not overlapping with those of our previous study, and we extend our observations by including a control group of participants with normal cognition. In addition, we investigate the effects of age, the APOEε4 genotype, and the blood-CSF barrier function on the concentrations of sAβPPα and sAβPPβ. The study participants were categorized according to clinical-neuropsychological criteria, supported by CSF neurochemical dementia diagnostics (NDD) analyses. sAβPPα concentrations in the AD group (132.0 ± 44.8) were significantly higher than in the control group (105.3 ± 37.3, p < 0.0005) but did not differ from the MCI-AD group (138.5 ± 39.5, p = 0.91). The MCI-AD group differed significantly from the MCI-O (97.3 ± 34.3, p < 0.05) group. There was no difference between the control and the MCI-O groups (p = 0.94). Similarly, sAβPPβ concentrations in the AD group (160.2 ± 54.3) were significantly higher than in the control group (129.9 ± 44.6, p < 0.005) but did not differ from the MCI-AD group (184.0 ± 56.4, p = 0.20). The MCI-AD group differed significantly from the MCI-O (127.8 ± 46.2, p < 0.05) group. There was no difference between the control and the MCI-O groups (p > 0.99). We observed highly significant correlation of the two sAβPP forms. Age and the CSF-serum albumin ratio were significant albeit weak predictors of the sAβPPα and sAβPPβ concentrations, while carrying the APOEε4 allele did not influenced the levels of the sAβPP forms. Taken together, the results strongly suggest that CSF sAβPP concentrations may be considered as an extension of already available NDD tools.

The long non-coding RNA NEAT1 is increased in IUGR placentas, leading to potential new hypotheses of IUGR origin/development.

INTRODUCTION: Intrauterine Growth Restriction (IUGR) is a multifactorial disease defined by an inability of the fetus to reach its growth potential. IUGR not only increases the risk of neonatal mortality/morbidity, but also the risk of metabolic syndrome during adulthood. Certain placental proteins have been shown to be implicated in IUGR development, such as proteins from the GH/IGF axis and angiogenesis/apoptosis processes. METHODS: Twelve patients with term IUGR pregnancy (birth weight < 10th percentile) and 12 CTRLs were included. mRNA was extracted from the fetal part of the placenta and submitted to a subtraction method (Clontech PCR-Select cDNA Subtraction). RESULTS: One candidate gene identified was the long non-coding RNA NEAT1 (nuclear paraspeckle assembly transcript 1). NEAT1 is the core component of a subnuclear structure called paraspeckle. This structure is responsible for the retention of hyperedited mRNAs in the nucleus. Overall, NEAT1 mRNA expression was 4.14 (±1.16)-fold increased in IUGR vs. CTRL placentas (P = 0.009). NEAT1 was exclusively localized in the nuclei of the villous trophoblasts and was expressed in more nuclei and with greater intensity in IUGR placentas than in CTRLs. PSPC1, one of the three main proteins of the paraspeckle, co-localized with NEAT1 in the villous trophoblasts. The expression of NEAT1_2 mRNA, the long isoform of NEAT1, was only modestly increased in IUGR vs. CTRL placentas. DISCUSSION/CONCLUSION: The increase in NEAT1 and its co-localization with PSPC1 suggests an increase in paraspeckles in IUGR villous trophoblasts. This could lead to an increased retention of important mRNAs in villous trophoblasts nuclei. Given that the villous trophoblasts are crucial for the barrier function of the placenta, this could in part explain placental dysfunction in idiopathic IUGR fetuses.

Installation Information requirements in the GPLv3 and LGPLv3

One of the major changes introduced in the GPLv3 and LGPLv3 is the clause preventing "tivoisation". Richard Stallman defines Tivoisation as "the practice of designing hardware so that a modified version cannot function properly". In this presentation we will go through the reasons of why the information installation requirement was introduced, how you can comply with this requirement and why you may want to think about it now rather than later.

The endodermis.

A Casparian strip-bearing endodermis is a feature that has been invariably present in the roots of ferns and angiosperms for approximately 400 million years. As the innermost cortical layer that surrounds the central vasculature of roots, the endodermis acts as a barrier to the free diffusion of solutes from the soil into the stele. Based on an enormous body of anatomical and physiological work, the protective endodermal diffusion barrier is thought to be of major importance for many aspects of root biology, reaching from efficient water and nutrient transport to defense against soil-borne pathogens. Until recently, however, we were ignorant about the genes and mechanisms that drive the differentiation of this intricately structured barrier. Recent work in Arabidopsis has now identified the first major players in Casparian strip formation. A mechanistic understanding of endodermal differentiation will finally allow us to specifically interfere with endodermal barrier function and study the effects on plant growth and survival under various stress conditions. Here, I critically review the major findings and models related to endodermal structure and function from other plant species and assess them in light of recent molecular data from Arabidopsis, pointing out where the older, descriptive work can provide a framework and inspiration for further molecular dissection.

The role of endothelial enzymes NOS, VAP-1 and CD73 in acute lung injury

Acute lung injury (ALI) is a syndrome of acute hypoxemic respiratory failure with bilateral pulmonary infiltrates that is not caused by left atrial hypertension. Since there is no effective treatment available, this frequent clinical syndrome significantly contributes to mortality of both medical and surgical patients. Great majority of the patients with the syndrome suffers from indirect ALI caused by systemic inflammatory response syndrome (SIRS). Sepsis, trauma, major surgery and severe burns, which represent the most common triggers of SIRS, often induce an overwhelming inflammatory reaction leading to dysfunction of several vital organs. Studies of indirect ALI due to SIRS revealed that respiratory dysfunction results from increased permeability of endothelium. Disruption of endothelial barrier allows extravasation of protein-rich liquid and neutrophils to pulmonary parenchyma. Both under normal conditions and in inflammation, endothelial barrier function is regulated by numerous mechanisms. Endothelial enzymes represent one of the critical control points of vascular permeability and leukocyte trafficking. Some endothelial enzymes prevent disruption of endothelial barrier by production of anti-inflammatory substances. For instance, nitric oxide synthase (NOS) down-regulates leukocyte extravasation in inflammation by generation of nitric oxide. CD73 decreases vascular leakage and neutrophil emigration to inflamed tissues by generation of adenosine. On the other hand, vascular adhesion protein-1 (VAP-1) mediates leukocyte trafficking to the sites of inflammation both by generation of pro-inflammatory substances and by physically acting as an adhesion molecule. The aims of this study were to define the role of endothelial enzymes NOS, CD73 and VAP-1 in acute lung injury. Our data suggest that increasing substrate availability for NOS reduces both lung edema and neutrophil infiltration and this effect is not enhanced by concomitant administration of antioxidants. CD73 protects from vascular leakage in ALI and its up-regulation by interferon-β represents a novel therapeutic strategy for treatment of this syndrome. Enzymatic activity of VAP-1 mediates neutrophil infiltration in ALI and its inhibition represents an attractive approach to treat ALI.

Gut permeability to lactulose and mannitol differs in treated Crohn's disease and celiac disease patients and healthy subjects

The gut barrier monitors and protects the gastrointestinal tract from challenges such as microorganisms, toxins and proteins that could act as antigens. There is evidence that gut barrier dysfunction may act as a primary disease mechanism in intestinal disorders. The aim of the present study was to evaluate the barrier function towards sugars after the appropriate treatment of celiac disease and Crohn's disease patients and compare the results with those obtained with healthy subjects. Fifteen healthy volunteers, 22 celiac disease patients after 1 year of a gluten-free diet, and 31 Crohn's disease patients in remission were submitted to an intestinal permeability test with 6.0 g lactulose and 3.0 g mannitol. Six-hour urinary lactulose excretion in Crohn's disease patients was significantly higher than in both celiac disease patients (0.42 vs 0.15%) and healthy controls (0.42 vs 0.07%). Urinary lactulose excretion was significantly higher in celiac disease patients than in healthy controls (0.15 vs 0.07%). Urinary mannitol excretion in Crohn's disease patients was the same as healthy controls (21 vs 21%) and these values were significantly higher than in celiac disease patients (10.9%). The lactulose/mannitol ratio was significantly higher in Crohn's disease patients in comparison to celiac disease patients (0.021 vs 0.013) and healthy controls (0.021 vs 0.003) and this ratio was also significantly higher in celiac disease patients compared to healthy controls (0.013 vs 0.003). In spite of treatment, differences in sugar permeability were observed in both disease groups. These differences in the behavior of the sugar probes probably reflect different mechanisms for the alterations of intestinal permeability.

Ischemic post-conditioning attenuates the intestinal injury induced by limb ischemia/reperfusion in rats

The purpose of this study was to investigate the protective effects of ischemic post-conditioning on damage to the barrier function of the small intestine caused by limb ischemia-reperfusion injury. Male Wistar rats were randomly divided into 3 groups (N = 36 each): sham operated (group S), lower limb ischemia-reperfusion (group LIR), and post-conditioning (group PC). Each group was divided into subgroups (N = 6) according to reperfusion time: immediate (0 h; T1), 1 h (T2), 3 h (T3), 6 h (T4), 12 h (T5), and 24 h (T6). In the PC group, 3 cycles of reperfusion followed by ischemia (each lasting 30 s) were applied immediately. At all reperfusion times (T1-T6), diamine oxidase (DAO), superoxide dismutase (SOD), and myeloperoxidase (MPO) activity, malondialdehyde (MDA) intestinal tissue concentrations, plasma endotoxin concentrations, and serum DAO, tumor necrosis factor-α (TNF-α), and interleukin-10 (IL-10) concentrations were measured in sacrificed rats. Chiu’s pathology scores for small intestinal mucosa were determined under a light microscope and showed that damage to the small intestinal mucosa was lower in group PC than in group LIR. In group PC, tissue DAO and SOD concentrations at T2 to T6, and IL-10 concentrations at T2 to T5 were higher than in group LIR (P < 0.05); however, tissue MPO and MDA concentrations, and serum DAO and plasma endotoxin concentrations at T2 to T6, as well as TNF-α at T2 and T4 decreased significantly (P < 0.05). These results show that ischemic post-conditioning attenuated the permeability of the small intestines after limb ischemia-reperfusion injury. The protective mechanism of ischemic post-conditioning may be related to inhibition of oxygen free radicals and inflammatory cytokines that cause organ damage.

From Escherichia coli heat-stable enterotoxin to mammalian endogenous guanylin hormones

The isolation of heat-stable enterotoxin (STa) from Escherichia coli and cholera toxin from Vibrio cholerae has increased our knowledge of specific mechanisms of action that could be used as pharmacological tools to understand the guanylyl cyclase-C and the adenylyl cyclase enzymatic systems. These discoveries have also been instrumental in increasing our understanding of the basic mechanisms that control the electrolyte and water balance in the gut, kidney, and urinary tracts under normal conditions and in disease. Herein, we review the evolution of genes of the guanylin family and STa genes from bacteria to fish and mammals. We also describe new developments and perspectives regarding these novel bacterial compounds and peptide hormones that act in electrolyte and water balance. The available data point toward new therapeutic perspectives for pathological features such as functional gastrointestinal disorders associated with constipation, colorectal cancer, cystic fibrosis, asthma, hypertension, gastrointestinal barrier function damage associated with enteropathy, enteric infection, malnutrition, satiety, food preferences, obesity, metabolic syndrome, and effects on behavior and brain disorders such as attention deficit, hyperactivity disorder, and schizophrenia.

Étude du comportement et des contextes associés à la consommation d’aliments sucrés dans une communauté montréalaise originaire du Moyen-Orient

L’Organisation mondiale de la Santé recommande aux individus de limiter leur consommation d’aliments sucrés dans le but de prévenir le développement des maladies chroniques. En santé publique, peu de recherches ont tenté d’identifier les facteurs individuels et contextuels qui peuvent influencer conjointement la consommation de ces aliments. Or, de telles connaissances seraient utiles pour guider les interventions nutritionnelles visant à en réduire la consommation. L’objectif de cette thèse est d'étudier les facteurs reliés au comportement et les contextes associés à la consommation quotidienne d’aliments sucrés chez des adultes vivant dans un milieu urbain occidental. Cette étude a été menée auprès d'une communauté moyen-orientale établie dans la Ville de Montréal. Les aliments sucrés ont été définis comme étant les glucides raffinés dont la teneur en sucres totaux dépasse 20 % de l’énergie totale. Lors de l’étape exploratoire (N = 42), un rappel de 24 heures a permis d’identifier les sources d’aliments sucrés et de déterminer l’apport quotidien en sucres totaux de cette communauté. Une étude qualitative descriptive a été privilégiée et un cadre écologique a guidé la réalisation d’entrevues semi-dirigées sur les contextes de consommation (N = 42). Une analyse de contenu employant des procédures de codage initial et focus a mené à l’élaboration d’un instrument de mesure quantitatif sur les contextes de consommation. Cet instrument a été soumis à un pré-test (N = 20), puis administré à l’échantillon principal (N = 192). Une analyse factorielle exploratoire a permis de préciser les contextes de consommation. Les facteurs individuels mesurés incluent les données sociodémographiques, les symptômes dépressifs, la maîtrise de soi, l’assoupissement de jour, les perceptions ainsi que l’hémoglobine glycosylée. La consommation quotidienne de sucres totaux a été mesurée par un questionnaire de fréquence alimentaire (N = 192). Une analyse de régression multivariée employant le modèle linéaire généralisé (distribution de type gamma et lien logarithmique) a été effectuée pour mesurer les relations entre les contextes de consommation, les facteurs individuels et la consommation de sucres totaux, en contrôlant l’âge et le sexe. L’apport quotidien en sucres totaux de l'échantillon est de 20,3 %, ce qui s’apparente aux apports des Canadiens et des Québécois. La consommation quotidienne moyenne est de 76 g/j. Les analyses qualitative et factorielle ont permis d’identifier un ensemble de 42 contextes de consommation regroupés en sept domaines (Actes et situations de grignotage, Stimuli visuels, Besoins énergétiques, Besoins émotionnels, Indulgence, Contraintes, Socialisation). La consommation quotidienne de sucres totaux est supérieure chez les hommes (B = 0,204, ES = 0,094, p = 0,03). Les facteurs positivement associés à la consommation sont le grignotage (B = 0,225, ES = 0,091, p = 0,01), la prise de dessert (B = 0,105, ES = 0,036, p = 0,001) ainsi que les symptômes dépressifs (B = 0,017, ES = 0,094, p = 0,03). L’âge (B = -0,01, ES = 0,004, p = 0,02), l’indulgence (B = -0,103, ES = 0,052, p = 0,05) et l’auto-modération (B = -0,121, ES = 0,042, p = 0,001) montrent, pour leur part, une association négative. Cette étude a privilégié une méthodologie mixte et a permis de développer une mesure innovatrice pour étudier les facteurs contextuels associés à la consommation d’aliments sucrés. Ceux-ci ont été analysés conjointement avec les facteurs individuels. Afin d'encourager les individus à réduire leur consommation de sucres totaux lorsque nécessaire, les initiatives en santé publique devraient en effet cibler les contextes de consommation de même que les facteurs individuels.

L’entérotoxine STb d’Escherichia coli affecte les jonctions serrées des cellules intestinales épithéliales

La toxine thermostable d’E.coli (STb) est une cause de diarrhée chez l’homme et l’animal. STb se lie au sulfatide, son récepteur, puis s’internalise. Dans le cytoplasme, par une cascade d’événements, STb déclenche l’ouverture des canaux ioniques permettant la sécrétion des ions et la perte d’eau menant à la diarrhée. Les jonctions serrées forment une barrière physique intercellulaire dans les cellules épithéliales intestinales, contrôlant ainsi le flux paracellulaire des ions et de l’eau. Les jonctions serrées sont affectées par divers pathogènes et par leurs toxines. À ce jour, l’effet de STb sur les jonctions serrées n’a pas été étudié. L’étude entreprise visait à explorer l’effet de STb sur les jonctions serrées et la barrière épithéliale des cellules intestinales. Des cellules épithéliales intestinales du colon humain (T84) ont été traitées pendant 24h soit avec la toxine STb purifiée soit avec une souche d’E.coli exprimant STb. La résistance transépithéliale (TER), le flux de marqueurs paracellulaires et la microscopie confocale ont été utilisés pour analyser les effets de STb sur les jonctions serrées. Les monocouches traitées par la souche E.coli exprimant STb et la toxine STb purifiée ont manifesté une forte réduction de TER (p<0.0001) parallèlement à une augmentation significative de la perméabilité paracellulaire à l’Albumine de Sérum Bovin marqué avec l’IsoThioCyanate Fluoroscéine, BSA-FITC (p<0.0001) comparativement aux cellules non traitées et aux cellules traitées par une souche d’E.coli commensale non-toxinogène. L’augmentation de la perméabilité paracellulaire induite par STb a été associée à une dissolution générale et une condensation des fibres de stress centrales des filaments d’actine. Le réarrangement des filaments d’actine a été accompagné par une redistribution et une fragmentation des protéines des jonctions serrées dont l’occludine, la claudine-1 et la Zonula Occludens-1. Les mêmes modifications on été observées après l’intoxication des cellules T84 avec un octapeptide synthétique retrouvé dans la séquence de STb correspondant à une séquence consensus de la toxine ZOT de Vibrio cholerae, impliquée dans la réorganisation des jonctions serrées. Cet effet n’a pas été observé lorsque les cellules ont été traitées avec un octapeptide synthétique comportant les mêmes acides aminés mais distribués de façon aléatoire ou avec la toxine mutée (D30V). Nos résultats montrent pour la première fois que STb induit le dysfonctionnement de la barrière épithéliale intestinale en modifiant la distribution des protéines des jonctions serrées. Ces résultats ouvrent une nouvelle voie pour la compréhension de la pathogenèse de diarrhée causée par la toxine STb.

Neuron-Derived Semaphorin 3A is an Early Inducer of Vascular Permeability in Diabetic Retinopathy

La détérioration de la barrière hémato rétinienne et l'oedème maculaire consécutif est une manifestation cardinale de la rétinopathie diabétique (RD) et la caractéristique clinique la plus étroitement associée à la perte de la vue. Alors que l'oedème maculaire affecte plus de 25% des patients souffrant de diabète, les modalités de traitement actuellement disponibles tels que les corticostéroïdes administrés localement et les thérapies anti-VEGF récemment approuvés présentent plusieurs inconvénients. Bien que le lien entre une rupture de l’unité neuro-vasculaire et la pathogénèse de la RD ait récemment été établi, l’influence de la signalisation neuro-vasculaire sur la vasculopathie oculaire diabetique a jusqu’à présent reçu peu d’attention. Ici, à l’aide d’ètudes humaines et animales, nous fournissons la première preuve du rôle essentiel de la molécule de guidage neuronale classique Sémaphorine 3A dans l’instigation de la perméabilité vasculaire maculaire pathologique dans le diabète de type 1. L’étude de la dynamique d’expression de Sémaphorine 3A révèle que cette dernière est induite dans les phases précoces hyperglycèmiques du diabète dans la rétine neuronale et participe à la rupture initiale de la fonction de barrière endothéliale. En utilisant le modèle de souris streptozotocine pour simuler la rétinopathie diabétique humaine, nous avons démontré par une série d’approches analogue que la neutralisation de Sémaphorine 3A empêche de façon efficace une fuite vasculaire rétinienne. Nos résultats identifient une nouvelle cible thérapeutique pour l’oedème maculaire diabétique en plus de fournir d’autres preuves de communication neuro-vasculaire dans la pathogènese de la RD.

Improving sampling, optimization and feature extraction in Boltzmann machines

L’apprentissage supervisé de réseaux hiérarchiques à grande échelle connaît présentement un succès fulgurant. Malgré cette effervescence, l’apprentissage non-supervisé représente toujours, selon plusieurs chercheurs, un élément clé de l’Intelligence Artificielle, où les agents doivent apprendre à partir d’un nombre potentiellement limité de données. Cette thèse s’inscrit dans cette pensée et aborde divers sujets de recherche liés au problème d’estimation de densité par l’entremise des machines de Boltzmann (BM), modèles graphiques probabilistes au coeur de l’apprentissage profond. Nos contributions touchent les domaines de l’échantillonnage, l’estimation de fonctions de partition, l’optimisation ainsi que l’apprentissage de représentations invariantes. Cette thèse débute par l’exposition d’un nouvel algorithme d'échantillonnage adaptatif, qui ajuste (de fa ̧con automatique) la température des chaînes de Markov sous simulation, afin de maintenir une vitesse de convergence élevée tout au long de l’apprentissage. Lorsqu’utilisé dans le contexte de l’apprentissage par maximum de vraisemblance stochastique (SML), notre algorithme engendre une robustesse accrue face à la sélection du taux d’apprentissage, ainsi qu’une meilleure vitesse de convergence. Nos résultats sont présent ́es dans le domaine des BMs, mais la méthode est générale et applicable à l’apprentissage de tout modèle probabiliste exploitant l’échantillonnage par chaînes de Markov. Tandis que le gradient du maximum de vraisemblance peut-être approximé par échantillonnage, l’évaluation de la log-vraisemblance nécessite un estimé de la fonction de partition. Contrairement aux approches traditionnelles qui considèrent un modèle donné comme une boîte noire, nous proposons plutôt d’exploiter la dynamique de l’apprentissage en estimant les changements successifs de log-partition encourus à chaque mise à jour des paramètres. Le problème d’estimation est reformulé comme un problème d’inférence similaire au filtre de Kalman, mais sur un graphe bi-dimensionnel, où les dimensions correspondent aux axes du temps et au paramètre de température. Sur le thème de l’optimisation, nous présentons également un algorithme permettant d’appliquer, de manière efficace, le gradient naturel à des machines de Boltzmann comportant des milliers d’unités. Jusqu’à présent, son adoption était limitée par son haut coût computationel ainsi que sa demande en mémoire. Notre algorithme, Metric-Free Natural Gradient (MFNG), permet d’éviter le calcul explicite de la matrice d’information de Fisher (et son inverse) en exploitant un solveur linéaire combiné à un produit matrice-vecteur efficace. L’algorithme est prometteur: en terme du nombre d’évaluations de fonctions, MFNG converge plus rapidement que SML. Son implémentation demeure malheureusement inefficace en temps de calcul. Ces travaux explorent également les mécanismes sous-jacents à l’apprentissage de représentations invariantes. À cette fin, nous utilisons la famille de machines de Boltzmann restreintes “spike & slab” (ssRBM), que nous modifions afin de pouvoir modéliser des distributions binaires et parcimonieuses. Les variables latentes binaires de la ssRBM peuvent être rendues invariantes à un sous-espace vectoriel, en associant à chacune d’elles, un vecteur de variables latentes continues (dénommées “slabs”). Ceci se traduit par une invariance accrue au niveau de la représentation et un meilleur taux de classification lorsque peu de données étiquetées sont disponibles. Nous terminons cette thèse sur un sujet ambitieux: l’apprentissage de représentations pouvant séparer les facteurs de variations présents dans le signal d’entrée. Nous proposons une solution à base de ssRBM bilinéaire (avec deux groupes de facteurs latents) et formulons le problème comme l’un de “pooling” dans des sous-espaces vectoriels complémentaires.