Application of Molecular Modelling studies to the search of novel approaches for neuroprotection and stem cells applications

Il lavoro di ricerca presentato in questa tesi di dottorato riguarda l'applicazione di studi di modellistica molecolare per l'individuazione di nuovi approcci farmacologici nel campo della neuroprotezione e del controllo della proliferazione di cellule staminali. Durante il mio dottorato di ricerca, mi sono concentrata sullo studio del sistema degli endocannabinoidi come target per lo sviluppo di nuovi trattamenti neuroprotettivi. In particolare, la mia ricerca ha avuto come obiettivo la modulazione dei livelli di 2-arachidonilglicerolo e arachidonil-etanolamide tramite l'inibizione degli enzimi MGL (monoglyceride lipase) e FAAH (fatty acid amide hydrolase). Il mio progetto di ricerca comprende anche studi di modellistica molecolare per l'individuazione di piccole molecole in grado di inibire il complesso proteina-proteina YAP-TEAD. Tale complesso, coinvolto nei sistemi di regolazione della proliferazione cellulare, rappresenta un target di cruciale importanza nel controllo della proliferazione e differenziazione di cellule staminali e, al tempo stesso, nel controllo dell'espansione tumorale

Effect of water vapour condensation on the radon content in subsurface air in a hypogeal inactive-volcanic environment in Galdar cave, Spain

Fluctuations of trace gas activity as a response to variations in weather and microclimate conditions were monitored over a year in a shallow volcanic cave (Painted Cave, Galdar, Canary Islands, Spain). 222Rn concentration was used due to its greater sensitivity to hygrothermal variations than CO2 concentration. Radon concentration in the cave increases as effective vapour condensation within the porous system of the rock surfaces inside the cave increases due to humidity levels of more than 70%. Condensed water content in pores was assessed and linked to a reduction in the direct passage of trace gases. Fluctuations in radon activity as a response to variations in weather and microclimate conditions were statistically identified by clustering entropy changes on the radon signal and parameterised to predict radon concentration anomalies. This raises important implications for other research fields, including the surveillance of shallow volcanic and seismic activity, preventive conservation of cultural heritage in indoor spaces, indoor air quality control and studies to improve understanding of the role of subterranean terrestrial ecosystems as reservoirs and/or temporary sources of trace gases.

Pulsar science with the SKA

The unprecedented sensitivity and large field of view of SKA will be of paramount importance for pulsar science, and for many related research fields. In particular, beside the obvious discovery of many more pulsars (even those with very low luminosity), and the extremely accurate timing analysis of the current pulsar population, SKA will allow to use pulsars to measure or put strong constraints on gravitational waves, Galactic magnetism, planet masses, general relativity and nuclear physics.

La distribution ‘juste’ de la signature savante dans les collaborations de recherche multidisciplinaire en sciences de la santé

L’auteur qui appose son nom à une publication universitaire sera reconnu pour sa contribution à la recherche et devra également en assumer la responsabilité. Il existe divers types d’agencements pouvant être utilisés afin de nommer les auteurs et souligner l’ampleur de leur contribution à ladite recherche. Par exemple, les auteurs peuvent être nommés en ordre décroissant selon l’importance de leurs contributions, ce qui permet d’allouer davantage de mérite et de responsabilité aux premiers auteurs (à l’instar des sciences de la santé) ou bien les individus peuvent être nommés en ordre alphabétique, donnant une reconnaissance égale à tous (tel qu’on le note dans certains domaines des sciences sociales). On observe aussi des pratiques émergeant de certaines disciplines ou des champs de recherche (tel que la notion d’auteur correspondant, ou directeur de recherche nommé à la fin de la liste d’auteurs). En science de la santé, lorsque la recherche est de nature multidisciplinaire, il existe différentes normes et pratiques concernant la distribution et l’ordre de la signature savante, ce qui peut donner lieu à des désaccords, voire à des conflits au sein des équipes de recherche. Même si les chercheurs s’entendent pour dire que la signature savante devrait être distribué de façon ‘juste’, il n’y a pas de consensus sur ce que l’on qualifie de ‘juste’ dans le contexte des équipes de recherche multidisciplinaire. Dans cette thèse, nous proposons un cadre éthique pour la distribution juste de la signature savante dans les équipes multidisciplinaires en sciences de la santé. Nous présentons une critique de la documentation sur la distribution de la signature savante en recherche. Nous analysons les enjeux qui peuvent entraver ou compliquer une distribution juste de la signature savante tels que les déséquilibres de pouvoir, les conflits d’intérêts et la diversité de cultures disciplinaires. Nous constatons que les normes internationales sont trop vagues; par conséquent, elles n’aident pas les chercheurs à gérer la complexité des enjeux concernant la distribution de la signature savante. Cette limitation devient particulièrement importante en santé mondiale lorsque les chercheurs provenant de pays développés collaborent avec des chercheurs provenant de pays en voie de développement. Afin de créer un cadre conceptuel flexible en mesure de s’adapter à la diversité des types de recherche multidisciplinaire, nous proposons une approche influencée par le Contractualisme de T.M. Scanlon. Cette approche utilise le respect mutuel et la force normative de la raison comme fondation, afin de justifier l’application de principes éthiques. Nous avons ainsi développé quatre principes pour la distribution juste de la signature savante en recherche: le mérite, la juste reconnaissance, la transparence et la collégialité. Enfin, nous proposons un processus qui intègre une taxonomie basée sur la contribution, afin de délimiter les rôles de chacun dans le projet de recherche. Les contributions peuvent alors être mieux comparées et évaluées pour déterminer l’ordre de la signature savante dans les équipes de recherche multidisciplinaire en science de la santé.

Point clouds of measurements in the Dechen Cave near Iserlohn, Germany

Modeling natural phenomena from 3D information enhances our understanding of the environment. Dense 3D point clouds are increasingly used as highly detailed input datasets. In addition to the capturing techniques of point clouds with LiDAR, low-cost sensors have been released in the last few years providing access to new research fields and facilitating 3D data acquisition for a broader range of applications. This letter presents an analysis of different speleothem features using 3D point clouds acquired with the gaming device Microsoft® Kinect. We compare the Kinect sensor with terrestrial LiDAR reference measurements using the KinFu pipeline for capturing complete 3D objects (< 4m**3). The results demonstrate the suitability of the Kinect to capture flowstone walls and to derive morphometric parameters of cave features. Although the chosen capturing strategy (KinFu) reveals a high correlation (R2=0.92) of stalagmite morphometry along the vertical object axis, a systematic overestimation (22% for radii and 44% for volume) is found. The comparison of flowstone wall datasets predominantly shows low differences (mean of 1 mm with 7 mm standard deviation) of the order of the Kinect depth precision. For both objects the major differences occur at strongly varying and curved surface structures (e.g. with fine concave parts).

Semi-global techniques in image matching and change detection with applications to civil and environmental engineering.

This work of thesis wants to present a dissertation of the wide range of modern dense matching algorithms, which are spreading in different application and research fields, with a particular attention to the innovative “Semi-Global” matching techniques. The choice of develop a semi-global numerical code was justified by the need of getting insight on the variables and strategies that affect the algorithm performances with the primary objective of maximizing the method accuracy and efficiency, and the results level of completeness. The dissertation will consist in the metrological characterization of the proprietary implementation of the semi-global matching algorithm, evaluating the influence of several matching variables and functions implemented in the process and comparing the accuracy and completeness of different results (digital surface models, disparity maps and 2D displacement fields) obtained using our code and other commercial and open-source matching programs in a wide variety of application fields.

Optical wave turbulence

We review recent progress in optical wave turbulence with a specific focus on the fast growing field of fibre lasers. Weak irregular nonlinear interactions between a large number of resonator modes are responsible for practically important characteristics of fibre lasers such as spectral broadening of radiation. Wave turbulence is a fundamental nonlinear phenomenon which occurs in a variety of nonlinear wave-bearing physical systems. The experimental impediments and the computationally intensive nature of simulating of hydrodynamic or plasma wave turbulence often make it rather challenging to collect a significant number of statistical data The study of turbulent wave behaviour in optical devices offers quite a unique opportunity to collect an enormous amount of data on statistical properties of wave turbulence using high-speed, high precision optical measurements during a relatively short period of time. We present recent theoretical, numerical and experimental results on optical wave turbulence in fibre lasers ranging from weak to strong developed turbulence for different signs of fibre dispersion. Furthermore, we report on our studies of spectral wave condensate in fibre lasers that make interdisciplinary links with a number of other research fields.

Optical wave turbulence

We review recent progress in optical wave turbulence with a specific focus on the fast growing field of fibre lasers. Weak irregular nonlinear interactions between a large number of resonator modes are responsible for practically important characteristics of fibre lasers such as spectral broadening of radiation. Wave turbulence is a fundamental nonlinear phenomenon which occurs in a variety of nonlinear wave-bearing physical systems. The experimental impediments and the computationally intensive nature of simulating of hydrodynamic or plasma wave turbulence often make it rather challenging to collect a significant number of statistical data The study of turbulent wave behaviour in optical devices offers quite a unique opportunity to collect an enormous amount of data on statistical properties of wave turbulence using high-speed, high precision optical measurements during a relatively short period of time. We present recent theoretical, numerical and experimental results on optical wave turbulence in fibre lasers ranging from weak to strong developed turbulence for different signs of fibre dispersion. Furthermore, we report on our studies of spectral wave condensate in fibre lasers that make interdisciplinary links with a number of other research fields.

The state of the art in organizational cognitive neuroscience:the therapeutic gap and possible implications for clinical practice

In the last decade, researchers in the social sciences have increasingly adopted neuroscientific techniques, with the consequent rise of research inspired by neuroscience in disciplines such as economics, marketing, decision sciences, and leadership. In 2007, we introduced the term organizational cognitive neuroscience (OCN), in an attempt to clearly demarcate research carried out in these many areas, and provide an overarching paradigm for research utilizing cognitive neuroscientific methods, theories, and concepts, within the organizational and business research fields. Here we will revisit and further refine the OCN paradigm, and define an approach where we feel the marriage of organizational theory and neuroscience will return even greater dividends in the future and that is within the field of clinical practice.

Intellectual Communications and Contemporarly Technologies Alternatives of the Science Libraries

(Summary of: Varbanova-Dencheva, K. Intellectual communications and contemporarly technologies. Alternatives of the science libraries. Sofia, Marin Drinov academic publishing house. 2003, 114p. ) The new technologies and the globalization are the factors which have brought essential changes in human society and its environment. The unceasing dynamic changes imposed new strategies for survival and prosperity of institutions and people in the new conditions. The spheres with greatest potential for achieving competition priority are compatible to the fastness of research results implementation in each field of human activity. The extended knowledge requires narrower specialization as well as interdisciplinarity to solve the arising problems. The new research fields and trends are a synthesis of science and high technologies determined by the new discoveries. The present study aims at finding answers to the questions about the place of science library in the dynamic restructuring of research environment. The necessity of transformation of the scientific library’s genetically set functions from a guardian of the achieved knowledge to an active participant in the creation of new knowledge is a natural consequence of the processes and tendencies of the social medium. The priorities of Europe and USA for intensive creation of knowledge economics are at the first place and this requires intensification of that research an integral part of which are the new communications realized at a new technological level.

Recommender systems

The ongoing rapid expansion of the Internet greatly increases the necessity of effective recommender systems for filtering the abundant information. Extensive research for recommender systems is conducted by a broad range of communities including social and computer scientists, physicists, and interdisciplinary researchers. Despite substantial theoretical and practical achievements, unification and comparison of different approaches are lacking, which impedes further advances. In this article, we review recent developments in recommender systems and discuss the major challenges. We compare and evaluate available algorithms and examine their roles in the future developments. In addition to algorithms, physical aspects are described to illustrate macroscopic behavior of recommender systems. Potential impacts and future directions are discussed. We emphasize that recommendation has great scientific depth and combines diverse research fields which makes it interesting for physicists as well as interdisciplinary researchers. © 2012 Elsevier B.V.

Towards the prediction of mutations in genomic sequences

Bio-systems are inherently complex information processing systems. Furthermore, physiological complexities of biological systems limit the formation of a hypothesis in terms of behavior and the ability to test hypothesis. More importantly the identification and classification of mutation in patients are centric topics in today's cancer research. Next generation sequencing (NGS) technologies can provide genome-wide coverage at a single nucleotide resolution and at reasonable speed and cost. The unprecedented molecular characterization provided by NGS offers the potential for an individualized approach to treatment. These advances in cancer genomics have enabled scientists to interrogate cancer-specific genomic variants and compare them with the normal variants in the same patient. Analysis of this data provides a catalog of somatic variants, present in tumor genome but not in the normal tissue DNA. In this dissertation, we present a new computational framework to the problem of predicting the number of mutations on a chromosome for a certain patient, which is a fundamental problem in clinical and research fields. We begin this dissertation with the development of a framework system that is capable of utilizing published data from a longitudinal study of patients with acute myeloid leukemia (AML), who's DNA from both normal as well as malignant tissues was subjected to NGS analysis at various points in time. By processing the sequencing data at the time of cancer diagnosis using the components of our framework, we tested it by predicting the genomic regions to be mutated at the time of relapse and, later, by comparing our results with the actual regions that showed mutations (discovered at relapse time). We demonstrate that this coupling of the algorithm pipeline can drastically improve the predictive abilities of searching a reliable molecular signature. Arguably, the most important result of our research is its superior performance to other methods like Radial Basis Function Network, Sequential Minimal Optimization, and Gaussian Process. In the final part of this dissertation, we present a detailed significance, stability and statistical analysis of our model. A performance comparison of the results are presented. This work clearly lays a good foundation for future research for other types of cancer.^

La distribution ‘juste’ de la signature savante dans les collaborations de recherche multidisciplinaire en sciences de la santé

L’auteur qui appose son nom à une publication universitaire sera reconnu pour sa contribution à la recherche et devra également en assumer la responsabilité. Il existe divers types d’agencements pouvant être utilisés afin de nommer les auteurs et souligner l’ampleur de leur contribution à ladite recherche. Par exemple, les auteurs peuvent être nommés en ordre décroissant selon l’importance de leurs contributions, ce qui permet d’allouer davantage de mérite et de responsabilité aux premiers auteurs (à l’instar des sciences de la santé) ou bien les individus peuvent être nommés en ordre alphabétique, donnant une reconnaissance égale à tous (tel qu’on le note dans certains domaines des sciences sociales). On observe aussi des pratiques émergeant de certaines disciplines ou des champs de recherche (tel que la notion d’auteur correspondant, ou directeur de recherche nommé à la fin de la liste d’auteurs). En science de la santé, lorsque la recherche est de nature multidisciplinaire, il existe différentes normes et pratiques concernant la distribution et l’ordre de la signature savante, ce qui peut donner lieu à des désaccords, voire à des conflits au sein des équipes de recherche. Même si les chercheurs s’entendent pour dire que la signature savante devrait être distribué de façon ‘juste’, il n’y a pas de consensus sur ce que l’on qualifie de ‘juste’ dans le contexte des équipes de recherche multidisciplinaire. Dans cette thèse, nous proposons un cadre éthique pour la distribution juste de la signature savante dans les équipes multidisciplinaires en sciences de la santé. Nous présentons une critique de la documentation sur la distribution de la signature savante en recherche. Nous analysons les enjeux qui peuvent entraver ou compliquer une distribution juste de la signature savante tels que les déséquilibres de pouvoir, les conflits d’intérêts et la diversité de cultures disciplinaires. Nous constatons que les normes internationales sont trop vagues; par conséquent, elles n’aident pas les chercheurs à gérer la complexité des enjeux concernant la distribution de la signature savante. Cette limitation devient particulièrement importante en santé mondiale lorsque les chercheurs provenant de pays développés collaborent avec des chercheurs provenant de pays en voie de développement. Afin de créer un cadre conceptuel flexible en mesure de s’adapter à la diversité des types de recherche multidisciplinaire, nous proposons une approche influencée par le Contractualisme de T.M. Scanlon. Cette approche utilise le respect mutuel et la force normative de la raison comme fondation, afin de justifier l’application de principes éthiques. Nous avons ainsi développé quatre principes pour la distribution juste de la signature savante en recherche: le mérite, la juste reconnaissance, la transparence et la collégialité. Enfin, nous proposons un processus qui intègre une taxonomie basée sur la contribution, afin de délimiter les rôles de chacun dans le projet de recherche. Les contributions peuvent alors être mieux comparées et évaluées pour déterminer l’ordre de la signature savante dans les équipes de recherche multidisciplinaire en science de la santé.

Le profil des récidivistes en matière de conduite avec capacités affaiblies par l’alcool : une étude des caractéristiques neuropsychologiques et psychologiques des contrevenants selon leur sexe

Durant les dernières décennies, les différences intersexes en matière de conduite avec les capacités affaiblies par l’alcool (CCAA) ont suscité l’attention, alors que le comportement est en augmentation chez les femmes tandis qu’il diminue chez les hommes. Les données suggèrent que, chez les femmes, la CCAA s’associe à des caractéristiques psychologiques différentes de celles qui se retrouvent chez les contrevenants masculins (c.-à-d. davantage de problèmes liés à l’alcool et aux drogues et de psychopathologies, mais moins de recherche de sensations et de comportements délinquants). Malgré ce profil différentiel, les femmes contrevenantes de la CCAA demeurent une population hautement méconnue, particulièrement en ce qui a trait au profil des récidivistes. Alors que chez les hommes, des données émergentes indiquent que des limitations cognitives sont présentes chez les récidivistes et qu’elles constituent potentiellement un mécanisme sous-jacent au comportement, le profil cognitif des femmes récidivistes demeure inexploré. Des données exploratoires obtenues chez les contrevenantes et la documentation de champs de recherche connexes suggèrent que les femmes se distinguent notamment en ce qui concerne leur fonctionnement exécutif qui pourrait être préservé, alors que leur fonctionnement visuospatial serait déficitaire en comparaison de leurs vis-à-vis masculins. L’objectif de la présente thèse est d’approfondir les connaissances sur les caractéristiques des femmes récidivistes, ce qui permettra de mieux comprendre l’hétérogénéité de cette population et de générer des hypothèses au regard des mécanismes cognitifs sous-jacents à la répétition du comportement de CCAA. Plus spécifiquement, la thèse a pour objectif premier d’étudier les différences entre les sexes en matière de fonctionnement visuospatial et de mémoire visuelle, d’attention et de fonctionnement exécutif (c.-à-d. flexibilité cognitive, abstraction, inhibition). L’objectif secondaire consiste à comparer ces contrevenants au regard de leurs caractéristiques psychologiques (problèmes liés à l’alcool et aux drogues, impulsivité, recherche de sensations, traits antisociaux, anxiété et dépression). L’hypothèse examinée soutient que les femmes et les hommes récidivistes de la CCAA performent moins bien que les femmes et les hommes non-contrevenants en termes de fonctionnement visuospatial, attentionnel et exécutif. En outre, il est attendu que les femmes récidivistes présentent des performances inférieures à celles des hommes récidivistes en ce qui a trait aux fonctions visuospatiales. Par ailleurs, l’hypothèse prévoit que les hommes récidivistes aient des performances inférieures à celles des femmes récidivistes sur le plan exécutif et attentionnel. En matière de caractéristiques psychologiques, il est attendu que les femmes et les hommes récidivistes présentent significativement plus de problèmes liés à l’alcool et aux drogues, d’impulsivité, de recherche de sensations et d’indices de psychopathologies (tendance antisociale, dépression, anxiété) que les non-contrevenants. En outre, il est attendu que les femmes récidivistes présentent plus de problèmes liés à l’alcool et aux drogues et d’indices de dépression et d’anxiété que les hommes récidivistes. Enfin, il est attendu que les hommes récidivistes présentent significativement plus d’impulsivité, de recherche de sensations et de traits antisociaux que les femmes récidivistes. Ces hypothèses se confirment partiellement, alors que les hommes récidivistes (n = 39) présentent des performances inférieures à celles des hommes non-contrevenants (n = 20) et des femmes récidivistes (n = 20) sur le plan attentionnel et exécutifs. Toutefois, les femmes récidivistes ne se distinguent pas des femmes non-contrevenantes (n = 20) en matière de fonctionnement neuropsychologique. En ce qui a trait aux caractéristiques psychologiques, les résultats soutiennent partiellement les hypothèses. La discussion met en lumière que les femmes et des hommes récidivistes présentent des caractéristiques similaires, hormis en ce qui a trait au fonctionnement attentionnel et exécutif qui semble jouer un rôle dans la récidive au masculin, alors que cela n’apparaît pas être le cas chez les femmes chez qui le comportement pourrait être davantage situationnel. La nécessité que des études futures soient réalisées au moyen de devis expérimentaux, de même que les difficultés inhérentes au recrutement des femmes récidivistes sont discutées.

Détection, reconstruction 3D et identification des êtres vivants du règne animal

L’automatisation de la détection et de l’identification des animaux est une tâche qui a de l’intérêt dans plusieurs domaines de recherche en biologie ainsi que dans le développement de systèmes de surveillance électronique. L’auteur présente un système de détection et d’identification basé sur la vision stéréo par ordinateur. Plusieurs critères sont utilisés pour identifier les animaux, mais l’accent a été mis sur l’analyse harmonique de la reconstruction en temps réel de la forme en 3D des animaux. Le résultat de l’analyse est comparé avec d’autres qui sont contenus dans une base évolutive de connaissances.