Exploring the space of histidine containing dipeptides in search of novel efficient RCS sequestering agents.

The study reports a set of forty proteinogenic histidine-containing dipeptides as potential carbonyl quenchers. The peptides were chosen to cover as exhaustively as possible the accessible chemical space, and their quenching activities toward 4-hydroxy-2-nonenal (HNE) and pyridoxal were evaluated by HPLC analyses. The peptides were capped at the C-terminus as methyl esters or amides to favor their resistance to proteolysis and diastereoisomeric pairs were considered to reveal the influence of configuration on quenching. On average, the examined dipeptides are less active than the parent compound carnosine (βAla + His) thus emphasizing the unfavorable effect of the shortening of the βAla residue as confirmed by the control dipeptide Gly-His. Nevertheless, some peptides show promising activities toward HNE combined with a remarkable selectivity. The results emphasize the beneficial role of aromatic and positively charged residues, while negatively charged and H-bonding side chains show a detrimental effect on quenching. As a trend, ester derivatives are slightly more active than amides while heterochiral peptides are more active than their homochiral diastereoisomer. Overall, the results reveal that quenching activity strongly depends on conformational effects and vicinal residues (as evidenced by the reported QSAR analysis), offering insightful clues for the design of improved carbonyl quenchers and to rationalize the specific reactivity of histidine residues within proteins.

Changes of MAP2 phosphorylation during brain development.

The microtubule-associated protein MAP2 is essential for development of early neuronal morphology and maintenance of adult neuronal morphology. Several splice variants exist, MAP2a-d, with a lack of MAP2a in cat brain. MAP2 is widely used as a neuronal marker. In this study we compared five monoclonal antibodies (MAbs) against MAP2. They show differences in the immunocytochemical distribution of MAP2 isoforms during development of the visual cortex and cerebellum of the cat. Local and temporal differences were seen with MAb AP18, an antibody directed against a phosphorylation-dependent epitope near the N-terminal end. In large pyramidal dendrites in visual cortex, the AP18 epitope remained in parts immunoreactive after treatment with alkaline phosphatase. Three MAbs, AP14, MT-01, and MT-02, recognized the central region of the MAP2b molecule, which is not present in MAP2c and 2d, and reacted with phosphorylation-independent epitopes. During the first postnatal week the immunostaining in cerebellum differed between antibodies in that some cellular elements in external and internal granular layers and Purkinje cells were stained to various degrees, whereas at later stages staining patterns were similar. At early stages, antibody MT-02 stained cell bodies and dendrites in cerebral cortex and cerebellum. With progressing maturation, immunoreactivity became restricted to distal parts of apical dendrites of pyramidal cells and was absent from perikarya and finer proximal dendrites in cortex. MT-02 did not stain MAP2 in cerebellum of adult animals. This study demonstrates that the immunocytochemical detection of MAP2 depends on modifications such as phosphorylation and conformational changes of the molecule, and that MAP2 staining patterns differ between MAbs. Phosphorylation and specific conformations in the molecule may be essential for modulating function and molecular stability of MAP2, and monoclonal antibodies against such sites may provide tools for studying the functional role of modifications.

Role of CLOCK and circadian rhythms in calcium homeostasis

Le maintien d'une concentration sanguine constante de calcium est d'une importance cruciale et trois organes participent à la balance calcique normale : les reins, les intestins et les os. La concentration plasmatique de calcium est strictement régulée par l'hormone parathyroïdienne (PTH) et par la vitamine D. Des variations circadiennes de la PTH, de la vitamine D ainsi que du calcium plasmatique ont été décrites précédemment chez l'humain ainsi que chez le rat. Ces rythmes de PTH dans le sérum sont importants pour la régulation du remodelage de l'os. En effet, il a été montré chez les souris C57BL/6J que des injections de PTH une fois par jour mènent à une augmentation de la densité minérale de l'os alors que l'infusion en continu de PTH est associée à une diminution de cette densité. La vitamine D joue également un rôle fondamental dans la physiologie osseuse, car un déficit en vitamine D peut conduire à une ostéomalacie. Cependant la fonction des oscillations de vitamine D au niveau de l'homéostasie osseuse reste inconnue. L'horloge circadienne est un système interne de contrôle biologique du temps générant des rythmes de 24 heures dans l'expression des gènes, ainsi que dans la physiologie et le comportement. Ce contrôle s'opère par des boucles rétroactives positives et négatives de l'expression de gènes circadiens tels que CLOCK, BMAL1, CRY1 et 2 ou PERI et 2. Dans ce travail, nous avons émis l'hypothèse que l'homéostasie calcique est sous le contrôle de l'horloge circadienne. Dans un premier temps, nous avons montré chez les souris C57BL/6J des variations journalières des concentrations de calcium, de PTH et de vitamine D dans le sang, ainsi que de calcium dans les urines. Nous avons également démontré des changements au niveau de l'expression rénale des gènes importants dans l'homéostasie du calcium, tant au niveau de l'ARN messager que des protéines. Ensuite, pour analyser le rôle du système de l'horloge circadienne dans l'homéostasie du calcium, nous avons étudié des souris dans lesquelles a été supprimé le gène CLOCK crucial pour la fonction de l'horloge et nous avons comparé ces souris à des souris de type sauvage de même portée. Les souris CLOCK-I- étaient hypercalciuriques à chaque moment de la journée. Cependant le rythme circadien de l'excrétion de calcium était préservé. Le taux de calcium plasmatique ne différait pas entre les génotypes, mais les souris CLOCK -/- ne montraient pas de variations journalières de ce paramètre. Une perte du rythme journalier était également observée pour les niveaux de vitamine D, perte qui pourrait être une cause de l'altération de la micro-architecture osseuse révélée chez les souris CLOCK-/-. En effet, ces souris montrent une diminution du nombre de trabécules, de leur volume ainsi que de leur surface, ce qui suggère la présence d'ostéoporose. Nous avons également trouvé que le rythme de l'expression de l'ARN messager de CYP27B1 était aboli dans les reins des souris CLOCK -/-, ce qui peut expliquer l'altération du rythme de la vitamine D. Les taux sanguins de PTH étaient comparables entre les souris CLOCK -/- et de type sauvage. Dans les reins, une augmentation de l'expression de l'ARN messager de TRPV5 et NCX1 a été constatée, ce qui suggérerait une augmentation de la réabsorption de calcium dans le tubule convoluté distal et dans le tubule connecteur. Dans les intestins, la réabsorption calcique était diminuée, chez les souris CLOCK-I-, fait confirmé par une diminution des niveaux d'ARN messager de TRPV6 et PMCAL. En résumé, la suppression du gène CLOCK chez les souris a conduit à une hypercalciurie, une altération du rythme des taux plasmatiques de calcium et de vitamine D et à une détérioration de l'architecture osseuse. Pour conclure, ces résultats montrent que l'horloge circadienne est essentielle à l'homéostasie calcique ainsi qu'à la physiologie des os. - L'ostéoporose affecte environ 22 millions de femmes et 5.5 millions d'hommes en Europe, réduisant significativement leur qualité de vie et a causé 3.5 millions de nouvelles fractures en 2010. Les dépenses totales liées à ces fractures ont atteint 37 milliards d'euro et ce coût devrait augmenter de 25% d'ici à 2025. Le nombre de nouvelles fractures dues à l'ostéoporose à travers le monde est estimé à environ 1000 par heure. Parmi les causes de l'ostéoporose, le déficit én calcium et/ou en vitamine D joue un rôle important, mais il existe également des causes génétiques ou liées à des facteurs comme les hormones sexuelles (estrogènes, testostérone), l'âge, le tabac, le poids corporel, certains médicaments,... La vie est rythmique : ceci est dû à l'alternance naturelle du jour et de la nuit et de ses effets sur le corps. La prise alimentaire, par exemple, est un processus qui a lieu pendant la phase active, qui est prévisible (il se produit toujours au même moment) et qui peut être anticipé par le corps. Pour cela, une horloge interne est présente dans chaque cellule du corps et est synchronisée par la lumière du jour, entre autres stimuli. Cette horloge indique la phase du jour et régule l'expression de gènes impliqués dans les différents processus qui nécessitent une anticipation. Pendant mon travail de thèse, je me suis demandé si des îythmes circadiens (c'est-à-dire d'une durée d'environ 24 heures et indépendants des stimuli externes) étaient observables'pour les gènes régulant les flux de calcium dans le corps et si l'interruption de ces rythmes pouvait mener à des altérations de la qualité de l'os. J'ai d'abord travaillé avec des souris normales et j'ai pu montrer la présence de rythmes au niveau du calcium sanguin et urinaire, mais également au niveau des hormones et gènes qui contrôlent le métabolisme du calcium dans le corps, comme la vitamine D et l'hormone parathyroidienne. De manière intéressante, j'ai observé que la plupart de ces gènes ont un rythme synchronisé. J'ai ensuite utilisé un modèle de souris dans lequel l'horloge interne a été génétiquement invalidée et j'ai montré que ces souris présentent une augmentation de leur excrétion urinaire de calcium et un rythme circadien altéré de la vitamine D dans le sang. Ces souris absorbent aussi moins bien le calcium intestinal et présentent une ostéoporose marquée. Ce travail montre donc que l'horloge interne est nécessaire pour établir un rythme circadiens de certains facteurs influant les flux de calcium dans l'organisme, comme la vitamine D, et que la perturbation de ces rythmes mène à une dérégulation du métabolisme osseux. Ainsi, la perturbation de l'horloge interne peut causer une ostéoporose et une hypercalciurie qui pourraient aboutir à la formation de fractures et de calculs rénaux. L'extrapolation de ces observations chez l'homme ou à des changements plus subtiles des rythmes circadiens, comme le décalage horaire, restent à montrer. Cette recherche a démontré que les rythmes circadiens des mécanismes de régulation des flux de calcium dans l'organisme sont essentiels au maintien d'un squelette normal et suggère que les perturbations des rythmes circadiens pourraient être une nouvelle cause de l'ostéoporose. - Maintaining constant calcium concentration in the plasma is of a crucial importance and three organs participate in normal calcium balance - kidney, gut and bone. Plasma calcium concentration is strictly regulated by parathyroid hormone (PTH) and vitamin D. Circadian variations of PTH, vitamin D and plasma calcium were previously described in humans, as well as in rats. Rhythms in serum PTH are important for balanced bone remodelling. Indeed in C57BL/6J mice, PTH injection once per day leads to an increase in bone mineral density (BMD), whilst continuous infusion is associated with decreased BMD. Vitamin D also plays a crucial role in bone physiology, since the deficiency in vitamin D can lead to rickets/osteomalacia. However, the role of vitamin D rhythms in bone homeostasis remains unknown. The circadian clock is an. internal time-keeping system generating rhythms in gene expression with 24h periodicity, in physiology and in behaviour. It is operated by positive- and negative-feedback loops of circadian genes, such as CLOCK, BMAL1, CRY1 and 2 or PERI and 2. In this work, we hypothesized, that calcium homeostasis is under the control of the circadian clock. First, we showed daily variations in urinary calcium and serum calcium, PTH and l,25(OH)2 vitamin D, together with renal mRNA and protein levels of genes involved in calcium homeostasis in C57BL/6J mice. Second, and to investigate the role of the circadian clock system in calcium handling, we studied mice lacking the gene CLOCK crucial for fonction of the clock system and compared them to the WT littermates. CLOCK-/- mice were hypercalciuric at all timepoints of the day. However, the circadian rhythm of calcium excretion was preserved. Serum calcium levels did not differ between the genotypes, but CLOCK-/- mice did not exhibit daily variation for this parameter. Loss of rhythm was observed also for serum l,25(OH)2 vitamin D levels, which may be one of the causes of altered bone microarchitecture that was revealed in CLOCK-/- mice. They displayed increased trabecular separation and decreased trabecular number, trabecular bone volume and trabecular bone surface, suggestive of osteoporosis. We found that the rhythm of the mRNA expression of CYP27B1 was abolished in the kidney of CLOCK-/- mice, which could induce the altered rhythm of l,25(OH)2 vitamin. Serum PTH levels were comparable between CLOCK-/- and WT mice. In the kidney, increased mRNA expression of TRPV5 and NCX1 suggests increased calcium reabsorption in the distal convoluted and connecting tubule. In the gut, intestinal calcium absorption was decreased in CLOCK¬/- mice, confirmed by decreased mRNA levels of TRPV6 and PMCA1. In summary, deletion of the CLOCK gene in mice conducts to hypercalciuria, alteration of the rhythm in serum calcium and l,25(OH)2D levels, and impainnent of their bone microarchitecture. In conclusion, these data show that the circadian clock system is essential in calcium homeostasis and bone physiology.

A two-dimensional doppler-radiometer for earth observation

Compared to synthetic aperture radars (SARs), the angular resolution of microwave radiometers is quite poor. Traditionally, it has been limited by the physical size of the antenna. However, the angular resolution can be improved by means of aperture synthesis interferometric techniques. A narrow beam is synthesized during the image formation processing of the cross-correlations measured at zero-lag between pairs of signals collected by an array of antennas. The angular resolution is then determined by the maximum antenna spacing normalized to the wavelength (baseline). The next step in improving the angular resolution is the Doppler-Radiometer, somehow related to the super-synthesis radiometers and the Radiometer-SAR. This paper presents the concept of a three-antenna Doppler-Radiometer for 2D imaging. The performance of this instrument is evaluated in terms of angular/spatial resolution and radiometric sensitivity, and an L-band illustrative example is presented.

Manipulació geomètrica dels blocs d'AutoCAD

Aquest text és un recull de procediments per inserir els blocs d'AutoCAD de forma més eficient, en la resolució de problemes prèviament tipificats: la PRIMERA PART descriu protocols d'actuació que l'usuari haurà d'aplicar manualment, mentre que la SEGONA PART ofereix rutines programades en AutoLISP i VisualLISP que l'eximiran d'aquesta obligació.Si ho deixéssim aquí, però, podria semblar que els mateixos mètodes manuals presentats en primer lloc són després els que AutoLISP automatitza; per això convé aclarir que la problemàtica de la PRIMERA PART, tot i que pròxima a la de la SEGONA, és diferent i reprodueix el contingut d'una monografia (BLOCS I GEOMETRIA: 5 EXERCICIS COMENTATS) que forma part del material de suport a l'assignatura ELEMENTS DE CAD, impartida per l'autor en l'ETS d'Enginyeria de Telecomunicació de Barcelona i que té per objecte cobrir el buit bibliogràfic que es detectava en el vessant geomètric de la inserció de blocs, a diferència del que s'ocupa de l'estructura de dades més adient en cada context (incrustació de dibuixos amb INSERT versus vinculació mitjançant REFX), més profusament tractat, proposant una sistematització tipològica dels casos on l'escala és funció lineal d'una distància.La SEGONA PART va més enllà i amplia el repertori d'AutoCAD amb les ordres GINSERT, RATREDIT, INSERTOK, INS2D, INS3D, BLOQUEOK, DESCOMPOK, DEF-TRANSF, APL-TRANSF-V i APL-TRANSF-N, de les quals INS2D i INS3D (INSERTOK és una versió simplificada de INS2D, per a blocs sense atributs) són l'aportació més innovadora i que més lluny porta les potencialitats de la inserció de blocs: resumint-ho en una frase, es tracta d’aconseguir que la inserció d’un bloc (que pot ser l’original, un bloc constituït per una inserció de l’original o un de constituït per la inserció del precedent) s’encabeixi en un marc prèviament establert, a semblança de les ordres ESCALA o GIRA, que mitjançant l'opció Referencia apliquen als objectes seleccionats la transformació d'escalat o de rotació necessària per tal que un element de referència assoleixi una determinada grandària o posició. Tot i que, per identificar amb encert el nucli del problema, serà inevitable introduir una reflexió: quan s’ha tingut la precaució de referir un bloc 2D a un quadrat unitari ortogonal, inserir-lo de manera que s’adapti a qualsevol marc rectangular establert en el dibuix és immediat, però ja no ho és tant concatenar insercions de manera que, a més d’una combinació simple de escalat, gir i translació, l’operació dugui implícita una transformació de cisallament. Perquè és clar que si inserim el bloc girat i convertim la inserció en un bloc que al seu torn tornem a inserir, ara però amb escalat no uniforme, el transformat del quadrat de referència primitiu serà un paral·lelogram, però el problema és: dibuixat un marc romboïdal concret, ¿quin gir caldrà donar a la primera inserció, i quin gir i factors d’escala caldrà aplicar a la segona perquè el quadrat de referència s’adapti al marc? El problema es complica si, a més, volem aprofitar el resultat de la primera inserció per a d’altres paral·lelograms, organitzant un sistema no redundant de insercions intermèdies. Doncs bé: INS2D i INS3D donen satisfacció a aquestes qüestions (la segona ja no contempla l'encaix en un paral·lelogram, sinó en un paral·lelepípede) i són aplicables a blocs proveïts d’atributs, no només de tipus convencional (els continguts en el pla de base del bloc, únics de funcionament garantit amb l’ordre INSERT), sinó també dels situats i orientats lliurement.

Modélisation par automate cellulaire des phénomènes diagénétiques des plateformes carbonatées : calibration et paramétrage à partir de deux cas d'études : l'Urgonien du Vercors (Crétacé inférieur, SE France) et les Calcaires Gris du Mont Compomolon (Lias, NE Italie)

Une fois déposé, un sédiment est affecté au cours de son enfouissement par un ensemble de processus, regroupé sous le terme diagenèse, le transformant parfois légèrement ou bien suffisamment pour le rendre méconnaissable. Ces modifications ont des conséquences sur les propriétés pétrophysiques qui peuvent être positives ou négatives, c'est-à-dire les améliorer ou bien les détériorer. Une voie alternative de représentation numérique des processus, affranchie de l'utilisation des réactions physico-chimiques, a été adoptée et développée en mimant le déplacement du ou des fluides diagénétiques. Cette méthode s'appuie sur le principe d'un automate cellulaire et permet de simplifier les phénomènes sans sacrifier le résultat et permet de représenter les phénomènes diagénétiques à une échelle fine. Les paramètres sont essentiellement numériques ou mathématiques et nécessitent d'être mieux compris et renseignés à partir de données réelles issues d'études d'affleurements et du travail analytique effectué. La représentation des phénomènes de dolomitisation de faible profondeur suivie d'une phase de dédolomitisation a été dans un premier temps effectuée. Le secteur concerne une portion de la série carbonatée de l'Urgonien (Barrémien-Aptien), localisée dans le massif du Vercors en France. Ce travail a été réalisé à l'échelle de la section afin de reproduire les géométries complexes associées aux phénomènes diagénétiques et de respecter les proportions mesurées en dolomite. De plus, la dolomitisation a été simulée selon trois modèles d'écoulement. En effet, la dédolomitisation étant omniprésente, plusieurs hypothèses sur le mécanisme de dolomitisation ont été énoncées et testées. Plusieurs phases de dolomitisation per ascensum ont été également simulées sur des séries du Lias appartenant aux formations du groupe des Calcaire Gris, localisées au nord-est de l'Italie. Ces fluides diagénétiques empruntent le réseau de fracturation comme vecteur et affectent préférentiellement les lithologies les plus micritisées. Cette étude a permis de mettre en évidence la propagation des phénomènes à l'échelle de l'affleurement. - Once deposited, sediment is affected by diagenetic processes during their burial history. These diagenetic processes are able to affect the petrophysical properties of the sedimentary rocks and also improve as such their reservoir capacity. The modelling of diagenetic processes in carbonate reservoirs is still a challenge as far as neither stochastic nor physicochemical simulations can correctly reproduce the complexity of features and the reservoir heterogeneity generated by these processes. An alternative way to reach this objective deals with process-like methods, which simplify the algorithms while preserving all geological concepts in the modelling process. The aim of the methodology is to conceive a consistent and realistic 3D model of diagenetic overprints on initial facies resulting in petrophysical properties at a reservoir scale. The principle of the method used here is related to a lattice gas automata used to mimic diagenetic fluid flows and to reproduce the diagenetic effects through the evolution of mineralogical composition and petrophysical properties. This method developed in a research group is well adapted to handle dolomite reservoirs through the propagation of dolomitising fluids and has been applied on two case studies. The first study concerns a mid-Cretaceous rudist and granular platform of carbonate succession (Urgonian Fm., Les Gorges du Nan, Vercors, SE France), in which several main diagenetic stages have been identified. The modelling in 2D is focused on dolomitisation followed by a dédolomitisation stage. For the second study, data collected from outcrops on the Venetian platform (Lias, Mont Compomolon NE Italy), in which several diagenetic stages have been identified. The main one is related to per ascensum dolomitisation along fractures. In both examples, the evolution of the effects of the mimetic diagenetic fluid on mineralogical composition can be followed through space and numerical time and help to understand the heterogeneity in reservoir properties. Carbonates, dolomitisation, dédolomitisation, process-like modelling, lattice gas automata, random walk, memory effect.

Genetic associations in the detection of QTLs for wheat spike-related traits

The objective of this work was to assess the genetic diversity and population structure of wheat genotypes, to detect significant and stable genetic associations, as well as to evaluate the efficiency of statistical models to identify chromosome regions responsible for the expression of spike-related traits. Eight important spike characteristics were measured during five growing seasons in Serbia. A set of 30 microsatellite markers positioned near important agronomic loci was used to evaluate genetic diversity, resulting in a total of 349 alleles. The marker-trait associations were analyzed using the general linear and mixed linear models. The results obtained for number of allelic variants per locus (11.5), average polymorphic information content value (0.68), and average gene diversity (0.722) showed that the exceptional level of polymorphism in the genotypes is the main requirement for association studies. The population structure estimated by model-based clustering distributed the genotypes into six subpopulations according to log probability of data. Significant and stable associations were detected on chromosomes 1B, 2A, 2B, 2D, and 6D, which explained from 4.7 to 40.7% of total phenotypic variations. The general linear model identified a significantly larger number of marker-trait associations (192) than the mixed linear model (76). The mixed linear model identified nine markers associated to six traits.

Investigations of GaAs based heterostructures for spintronics

In the present work are reported investigations of structural, magnetic and electronic properties of GaAs/Ga1-xInxAs/GaAs quantum wells (QW) having a 0.5 - 1.8 monolayer thick Mn layer, separated from the quantum well by a 3 nm thick spacer. The structure of the samples is analyzed in details by photoluminescence and high-resolution X-ray difractometry and reflectometry, confirming that Mn atoms are practically absent from the QW. Transport properties and crystal structure are analyzed for the first time for this type of QW structures with so high mobility. Observedconductivity and the Hall effect in quantizing magnetic fields in wide temperature range, defined by transport of holes in the quantum well, demonstrate properties inherent to ferromagnetic systems with spin polarization of charge carriersin the QW. Investigation of the Shubnikov ¿ de Haas and the Hall effects gave the possibility to estimate the energy band parameters such as cyclotron mass andFermi level and calculate concentrations and mobilities of holes and show the high-quality of structures. Magnetic ordering is confirmed by the existence of the anomalous Hall effect.

Evaluation and comparison of current fetal ultrasound image segmentation methods for biometric measurements: a grand challenge.

This paper presents the evaluation results of the methods submitted to Challenge US: Biometric Measurements from Fetal Ultrasound Images, a segmentation challenge held at the IEEE International Symposium on Biomedical Imaging 2012. The challenge was set to compare and evaluate current fetal ultrasound image segmentation methods. It consisted of automatically segmenting fetal anatomical structures to measure standard obstetric biometric parameters, from 2D fetal ultrasound images taken on fetuses at different gestational ages (21 weeks, 28 weeks, and 33 weeks) and with varying image quality to reflect data encountered in real clinical environments. Four independent sub-challenges were proposed, according to the objects of interest measured in clinical practice: abdomen, head, femur, and whole fetus. Five teams participated in the head sub-challenge and two teams in the femur sub-challenge, including one team who tackled both. Nobody attempted the abdomen and whole fetus sub-challenges. The challenge goals were two-fold and the participants were asked to submit the segmentation results as well as the measurements derived from the segmented objects. Extensive quantitative (region-based, distance-based, and Bland-Altman measurements) and qualitative evaluation was performed to compare the results from a representative selection of current methods submitted to the challenge. Several experts (three for the head sub-challenge and two for the femur sub-challenge), with different degrees of expertise, manually delineated the objects of interest to define the ground truth used within the evaluation framework. For the head sub-challenge, several groups produced results that could be potentially used in clinical settings, with comparable performance to manual delineations. The femur sub-challenge had inferior performance to the head sub-challenge due to the fact that it is a harder segmentation problem and that the techniques presented relied more on the femur's appearance.

Investigation of discrete imaging models and iterative image reconstruction in differential X-ray phase-contrast tomography.

Differential X-ray phase-contrast tomography (DPCT) refers to a class of promising methods for reconstructing the X-ray refractive index distribution of materials that present weak X-ray absorption contrast. The tomographic projection data in DPCT, from which an estimate of the refractive index distribution is reconstructed, correspond to one-dimensional (1D) derivatives of the two-dimensional (2D) Radon transform of the refractive index distribution. There is an important need for the development of iterative image reconstruction methods for DPCT that can yield useful images from few-view projection data, thereby mitigating the long data-acquisition times and large radiation doses associated with use of analytic reconstruction methods. In this work, we analyze the numerical and statistical properties of two classes of discrete imaging models that form the basis for iterative image reconstruction in DPCT. We also investigate the use of one of the models with a modern image reconstruction algorithm for performing few-view image reconstruction of a tissue specimen.

The micro-architecture estimation by TBS discriminate women with and without osteoporotic fracture independently of age, BMI and BMD: The Osteo-Mobile Vaud cohort study.

Introduction: « Osteo-Mobile Vaud » is a mobile osteoporosis (OP) screening program. The women > 60 years living in the region Vaud will be offered OP screening with new equipment installed in a bus. The main goal is to evaluate the fracture risk with the combination of clinical risk factors (CRF) and informations extracted by a single DXA: bone mineral density (BMD), vertebral fracture assessment (VFA), and micro-architecture (MA) evaluation. MA is yet evaluable in daily practice by the Trabecular Bone Score (TBS) measure. TBS is a novel grey-level texture measurement reflecting bone MA based on the use of experimental variograms of 2D projection images. TBS is very simple to obtain, by reanalyzing a lumbar DXA-scan. TBS has proven to have diagnosis and prognosis value, partially independent of CRF and BMD. A 55-years follow- up is planned. Method: The Osteo-Mobile Vaud cohort (1500 women, > 60 years, living in the region Vaud) started in July 2010. CRF for OP, lumbar spine and hip BMD, VFA by DXA and MA evaluation by TBS are recorded. Preliminary results are reported. Results: In July 31th, we evaluated 510 women: mean age 67 years, BMI 26 kg/m². 72 women had one or more fragility fractures, 39 had vertebral fracture (VFx) grade 2/3. TBS decreases with age (-0.005 / year, p<0.001), and with BMI (-0.011 per kg/m², p<0.001). Correlation between BMD and site matched TBS is low (r=0.4, p<0.001). For the lowest T-score BMD, odds ratio (OR, 95% CI) for VFx grade 2/3 and clinical OP Fx are 1.8 (1.1-2.9) and 2.3 (1.5-3.4). For TBS, age-, BMI- and BMD adjusted ORs (per SD decrease) for VFx grade 2/3 and clinical OP Fx are 1.9 (1.2-3.0) and 1.8 (1.2-2.7). The TBS added value was independent of lumbar spine BMD or the lowest T-score (femoral neck, total hip or lumbar spine). Conclusion: As in the already published studies, these preliminary results confirm the partial independence between BMD and TBS. More importantly, a combination of TBS and BMD may increase significantly the identification of women with prevalent OP Fx. For the first time we are able to have complementary information about fracture (VFA), density (BMD), and micro-architecture (TBS) from a simple, low ionizing radiation and cheap device: DXA. The value of such informations in a screening program will be evaluated.

"Soap-Bubble" visualization and quantitative analysis of 3D coronary magnetic resonance angiograms.

In order to compare coronary magnetic resonance angiography (MRA) data obtained with different scanning methodologies, adequate visualization and presentation of the coronary MRA data need to be ensured. Furthermore, an objective quantitative comparison between images acquired with different scanning methods is desirable. To address this need, a software tool ("Soap-Bubble") that facilitates visualization and quantitative comparison of 3D volume targeted coronary MRA data was developed. In the present implementation, the user interactively specifies a curved subvolume (enclosed in the 3D coronary MRA data set) that closely encompasses the coronary arterial segments. With a 3D Delaunay triangulation and a parallel projection, this enables the simultaneous display of multiple coronary segments in one 2D representation. For objective quantitative analysis, frequently explored quantitative parameters such as signal-to-noise ratio (SNR); contrast-to-noise ratio (CNR); and vessel length, sharpness, and diameter can be assessed. The present tool supports visualization and objective, quantitative comparisons of coronary MRA data obtained with different scanning methods. The first results obtained in healthy adults and in patients with coronary artery disease are presented.

Motion artifact reduction and vessel enhancement for free-breathing navigator-gated coronary MRA using 3D k-space reordering.

Breathing-induced bulk motion of the myocardium during data acquisition may cause severe image artifacts in coronary magnetic resonance angiography (MRA). Current motion compensation strategies include breath-holding or free-breathing MR navigator gating and tracking techniques. Navigator-based techniques have been further refined by the applications of sophisticated 2D k-space reordering techniques. A further improvement in image quality and a reduction of relative scanning duration may be expected from a 3D k-space reordering scheme. Therefore, a 3D k-space reordered acquisition scheme including a 3D navigator gated and corrected segmented k-space gradient echo imaging sequence for coronary MRA was implemented. This new zonal motion-adapted acquisition and reordering technique (ZMART) was developed on the basis of a numerical simulation of the Bloch equations. The technique was implemented on a commercial 1.5T MR system, and first phantom and in vivo experiments were performed. Consistent with the results of the theoretical findings, the results obtained in the phantom studies demonstrate a significant reduction of motion artifacts when compared to conventional (non-k-space reordered) gating techniques. Preliminary in vivo findings also compare favorably with the phantom experiments and theoretical considerations. Magn Reson Med 45:645-652, 2001.

Cryo-negative staining: advantages and applications for three-dimensional electron microscopy of biological macromolecules

Les échantillons biologiques ne s?arrangent pas toujours en objets ordonnés (cristaux 2D ou hélices) nécessaires pour la microscopie électronique ni en cristaux 3D parfaitement ordonnés pour la cristallographie rayons X alors que de nombreux spécimens sont tout simplement trop << gros D pour la spectroscopie NMR. C?est pour ces raisons que l?analyse de particules isolées par la cryo-microscopie électronique est devenue une technique de plus en plus importante pour déterminer la structure de macromolécules. Néanmoins, le faible rapport signal-sur-bruit ainsi que la forte sensibilité des échantillons biologiques natifs face au faisceau électronique restent deux parmi les facteurs limitant la résolution. La cryo-coloration négative est une technique récemment développée permettant l?observation des échantillons biologiques avec le microscope électronique. Ils sont observés à l?état vitrifié et à basse température, en présence d?un colorant (molybdate d?ammonium). Les avantages de la cryo-coloration négative sont étudiés dans ce travail. Les résultats obtenus révèlent que les problèmes majeurs peuvent êtres évités par l?utilisation de cette nouvelle technique. Les échantillons sont représentés fidèlement avec un SNR 10 fois plus important que dans le cas des échantillons dans l?eau. De plus, la comparaison de données obtenues après de multiples expositions montre que les dégâts liés au faisceau électronique sont réduits considérablement. D?autre part, les résultats exposés mettent en évidence que la technique est idéale pour l?analyse à haute résolution de macromolécules biologiques. La solution vitrifiée de molybdate d?ammonium entourant l?échantillon n?empêche pas l?accès à la structure interne de la protéine. Finalement, plusieurs exemples d?application démontrent les avantages de cette technique nouvellement développée.<br/><br/>Many biological specimens do not arrange themselves in ordered assemblies (tubular or flat 2D crystals) suitable for electron crystallography, nor in perfectly ordered 3D crystals for X-ray diffraction; many other are simply too large to be approached by NMR spectroscopy. Therefore, single-particles analysis has become a progressively more important technique for structural determination of large isolated macromolecules by cryo-electron microscopy. Nevertheless, the low signal-to-noise ratio and the high electron-beam sensitivity of biological samples remain two main resolution-limiting factors, when the specimens are observed in their native state. Cryo-negative staining is a recently developed technique that allows the study of biological samples with the electron microscope. The samples are observed at low temperature, in the vitrified state, but in presence of a stain (ammonium molybdate). In the present work, the advantages of this novel technique are investigated: it is shown that cryo-negative staining can generally overcome most of the problems encountered with cryo-electron microscopy of vitrified native suspension of biological particles. The specimens are faithfully represented with a 10-times higher SNR than in the case of unstained samples. Beam-damage is found to be considerably reduced by comparison of multiple-exposure series of both stained and unstained samples. The present report also demonstrates that cryo-negative staining is capable of high- resolution analysis of biological macromolecules. The vitrified stain solution surrounding the sample does not forbid the access to the interna1 features (ie. the secondary structure) of a protein. This finding is of direct interest for the structural biologist trying to combine electron microscopy and X-ray data. developed electron microscopy technique. Finally, several application examples demonstrate the advantages of this newly

Emergence of oriented circuits driven by synaptic pruning associated with spike-timing-dependent plasticity (STDP)

ABSTRACT: Massive synaptic pruning following over-growth is a general feature of mammalian brain maturation. Pruning starts near time of birth and is completed by time of sexual maturation. Trigger signals able to induce synaptic pruning could be related to dynamic functions that depend on the timing of action potentials. Spike-timing-dependent synaptic plasticity (STDP) is a change in the synaptic strength based on the ordering of pre- and postsynaptic spikes. The relation between synaptic efficacy and synaptic pruning suggests that the weak synapses may be modified and removed through competitive "learning" rules. This plasticity rule might produce the strengthening of the connections among neurons that belong to cell assemblies characterized by recurrent patterns of firing. Conversely, the connections that are not recurrently activated might decrease in efficiency and eventually be eliminated. The main goal of our study is to determine whether or not, and under which conditions, such cell assemblies may emerge out of a locally connected random network of integrate-and-fire units distributed on a 2D lattice receiving background noise and content-related input organized in both temporal and spatial dimensions. The originality of our study stands on the relatively large size of the network, 10,000 units, the duration of the experiment, 10E6 time units (one time unit corresponding to the duration of a spike), and the application of an original bio-inspired STDP modification rule compatible with hardware implementation. A first batch of experiments was performed to test that the randomly generated connectivity and the STDP-driven pruning did not show any spurious bias in absence of stimulation. Among other things, a scale factor was approximated to compensate for the network size on the ac¬tivity. Networks were then stimulated with the spatiotemporal patterns. The analysis of the connections remaining at the end of the simulations, as well as the analysis of the time series resulting from the interconnected units activity, suggest that feed-forward circuits emerge from the initially randomly connected networks by pruning. RESUME: L'élagage massif des synapses après une croissance excessive est une phase normale de la ma¬turation du cerveau des mammifères. L'élagage commence peu avant la naissance et est complété avant l'âge de la maturité sexuelle. Les facteurs déclenchants capables d'induire l'élagage des synapses pourraient être liés à des processus dynamiques qui dépendent de la temporalité rela¬tive des potentiels d'actions. La plasticité synaptique à modulation temporelle relative (STDP) correspond à un changement de la force synaptique basé sur l'ordre des décharges pré- et post- synaptiques. La relation entre l'efficacité synaptique et l'élagage des synapses suggère que les synapses les plus faibles pourraient être modifiées et retirées au moyen d'une règle "d'appren¬tissage" faisant intervenir une compétition. Cette règle de plasticité pourrait produire le ren¬forcement des connexions parmi les neurones qui appartiennent à une assemblée de cellules caractérisée par des motifs de décharge récurrents. A l'inverse, les connexions qui ne sont pas activées de façon récurrente pourraient voir leur efficacité diminuée et être finalement éliminées. Le but principal de notre travail est de déterminer s'il serait possible, et dans quelles conditions, que de telles assemblées de cellules émergent d'un réseau d'unités integrate-and¬-fire connectées aléatoirement et distribuées à la surface d'une grille bidimensionnelle recevant à la fois du bruit et des entrées organisées dans les dimensions temporelle et spatiale. L'originalité de notre étude tient dans la taille relativement grande du réseau, 10'000 unités, dans la durée des simulations, 1 million d'unités de temps (une unité de temps correspondant à une milliseconde), et dans l'utilisation d'une règle STDP originale compatible avec une implémentation matérielle. Une première série d'expériences a été effectuée pour tester que la connectivité produite aléatoirement et que l'élagage dirigé par STDP ne produisaient pas de biais en absence de stimu¬lation extérieure. Entre autres choses, un facteur d'échelle a pu être approximé pour compenser l'effet de la variation de la taille du réseau sur son activité. Les réseaux ont ensuite été stimulés avec des motifs spatiotemporels. L'analyse des connexions se maintenant à la fin des simulations, ainsi que l'analyse des séries temporelles résultantes de l'activité des neurones, suggèrent que des circuits feed-forward émergent par l'élagage des réseaux initialement connectés au hasard.