Assessing microvascular function with breathing maneuvers : an oxygenation-sensitive CMR study

Ce projet illustre cinq études, mettant l'emphase sur le développement d'une nouvelle approche diagnostique cardiovasculaire afin d'évaluer le niveau d’oxygène contenu dans le myocarde ainsi que sa fonction microvasculaire. En combinant une séquence de résonance magnétique cardiovasculaire (RMC) pouvant détecter le niveau d’oxygène (OS), des manœuvres respiratoires ainsi que des analyses de gaz artériels peuvent être utilisés comme procédure non invasive destinée à induire une réponse vasoactive afin d’évaluer la réserve d'oxygénation, une mesure clé de la fonction vasculaire. Le nombre de tests diagnostiques cardiaques prescrits ainsi que les interventions, sont en pleine expansion. L'imagerie et tests non invasifs sont souvent effectués avant l’utilisation de procédures invasives. L'imagerie cardiaque permet d’évaluer la présence ou absence de sténoses coronaires, un important facteur économique dans notre système de soins de santé. Les techniques d'imagerie non invasives fournissent de l’information précise afin d’identifier la présence et l’emplacement du déficit de perfusion chez les patients présentant des symptômes d'ischémie myocardique. Néanmoins, plusieurs techniques actuelles requièrent la nécessité de radiation, d’agents de contraste ou traceurs, sans oublier des protocoles de stress pharmacologiques ou physiques. L’imagerie RMC peut identifier une sténose coronaire significative sans radiation. De nouvelles tendances d’utilisation de RMC visent à développer des techniques diagnostiques qui ne requièrent aucun facteur de stress pharmacologiques ou d’agents de contraste. L'objectif principal de ce projet était de développer et tester une nouvelle technique diagnostique afin d’évaluer la fonction vasculaire coronarienne en utilisant l' OS-RMC, en combinaison avec des manœuvres respiratoires comme stimulus vasoactif. Ensuite, les objectifs, secondaires étaient d’utilisés l’OS-RMC pour évaluer l'oxygénation du myocarde et la réponse coronaire en présence de gaz artériels altérés. Suite aux manœuvres respiratoires la réponse vasculaire a été validée chez un modèle animal pour ensuite être utilisé chez deux volontaires sains et finalement dans une population de patients atteints de maladies cardiovasculaires. Chez le modèle animal, les manœuvres respiratoires ont pu induire un changement significatif, mesuré intrusivement par débit sanguin coronaire. Il a été démontré qu’en présence d'une sténose coronarienne hémodynamiquement significative, l’OS-RMC pouvait détecter un déficit en oxygène du myocarde. Chez l’homme sain, l'application de cette technique en comparaison avec l'adénosine (l’agent standard) pour induire une vasodilatation coronarienne et les manœuvres respiratoires ont pu induire une réponse plus significative en oxygénation dans un myocarde sain. Finalement, nous avons utilisé les manœuvres respiratoires parmi un groupe de patients atteint de maladies coronariennes. Leurs myocardes étant altérées par une sténose coronaire, en conséquence modifiant ainsi leur réponse en oxygénation. Par la suite nous avons évalué les effets des gaz artériels sanguins sur l'oxygénation du myocarde. Ils démontrent que la réponse coronarienne est atténuée au cours de l’hyperoxie, suite à un stimuli d’apnée. Ce phénomène provoque une réduction globale du débit sanguin coronaire et un déficit d'oxygénation dans le modèle animal ayant une sténose lorsqu’un supplément en oxygène est donné. En conclusion, ce travail a permis d'améliorer notre compréhension des nouvelles techniques diagnostiques en imagerie cardiovasculaire. Par ailleurs, nous avons démontré que la combinaison de manœuvres respiratoires et l’imagerie OS-RMC peut fournir une méthode non-invasive et rentable pour évaluer la fonction vasculaire coronarienne régionale et globale.

Automatização de um dinamômetro hidráulico para ensaios de motores de combustão interna

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2015.

Modifications neurométaboliques et microstructurales à la suite d'une commotion cérébrale chez les athlètes féminines

L’utilisation de méthodes d’investigation cérébrale avancées a permis de mettre en évidence la présence d’altérations à court et à long terme à la suite d’une commotion cérébrale. Plus spécifiquement, des altérations affectant l’intégrité de la matière blanche et le métabolisme cellulaire ont récemment été révélées par l’utilisation de l’imagerie du tenseur de diffusion (DTI) et la spectroscopie par résonance magnétique (SRM), respectivement. Ces atteintes cérébrales ont été observées chez des athlètes masculins quelques jours après la blessure à la tête et demeuraient détectables lorsque les athlètes étaient à nouveau évalués six mois post-commotion. En revanche, aucune étude n’a évalué les effets neurométaboliques et microstructuraux dans la phase aigüe et chronique d’une commotion cérébrale chez les athlètes féminines, malgré le fait qu’elles présentent une susceptibilité accrue de subir ce type de blessure, ainsi qu’un nombre plus élevé de symptômes post-commotionnels et un temps de réhabilitation plus long. Ainsi, les études composant le présent ouvrage visent globalement à établir le profil d’atteintes microstructurales et neurométaboliques chez des athlètes féminines par l’utilisation du DTI et de la SRM. La première étude visait à évaluer les changements neurométaboliques au sein du corps calleux chez des joueurs et joueuses de hockey au cours d’une saison universitaire. Les athlètes ayant subi une commotion cérébrale pendant la saison ont été évalués 72 heures, 2 semaines et 2 mois après la blessure à la tête en plus des évaluations pré et post-saison. Les résultats démontrent une absence de différences entre les athlètes ayant subi une commotion cérébrale et les athlètes qui n’en ont pas subie. De plus, aucune différence entre les données pré et post-saison a été observée chez les athlètes masculins alors qu’une diminution du taux de N-acetyl aspartate (NAA) n’a été mise en évidence chez les athlètes féminines, suggérant ainsi un impact des coups d’intensité sous-clinique à la tête. La deuxième étude, qui utilisait le DTI et la SRM, a révélé des atteintes chez des athlètes féminines commotionnées asymptomatiques en moyenne 18 mois post-commotion. Plus spécifiquement, la SRM a révélé une diminution du taux de myo-inositol (mI) au sein de l’hippocampe et du cortex moteur primaire (M1) alors que le DTI a mis en évidence une augmentation de la diffusivité moyenne (DM) dans plusieurs faisceaux de matière blanche. De iii plus, une approche par région d’intérêt a mis en évidence une diminution de la fraction d’anisotropie (FA) dans la partie du corps calleux projetant vers l’aire motrice primaire. Le troisième article évaluait des athlètes ayant subi une commotion cérébrale dans les jours suivant la blessure à la tête (7-10 jours) ainsi que six mois post-commotion avec la SRM. Dans la phase aigüe, des altérations neuropsychologiques combinées à un nombre significativement plus élevé de symptômes post-commotionnels et dépressifs ont été trouvés chez les athlètes féminines commotionnées, qui se résorbaient en phase chronique. En revanche, aucune différence sur le plan neurométabolique n’a été mise en évidence entre les deux groupes dans la phase aigüe. Dans la phase chronique, les athlètes commotionnées démontraient des altérations neurométaboliques au sein du cortex préfrontal dorsolatéral (CPDL) et M1, marquées par une augmentation du taux de glutamate/glutamine (Glx). De plus, une diminution du taux de NAA entre les deux temps de mesure était présente chez les athlètes contrôles. Finalement, le quatrième article documentait les atteintes microstructurales au sein de la voie corticospinale et du corps calleux six mois suivant une commotion cérébrale. Les analyses n’ont démontré aucune différence au sein de la voie corticospinale alors que des différences ont été relevées par segmentation du corps calleux selon les projections des fibres calleuses. En effet, les athlètes commotionnées présentaient une diminution de la DM et de la diffusivité radiale (DR) au sein de la région projetant vers le cortex préfrontal, un volume moindre des fibres de matière blanche dans la région projetant vers l’aire prémotrice et l’aire motrice supplémentaire, ainsi qu’une diminution de la diffusivité axiale (DA) dans la région projetant vers l’aire pariétale et temporale. En somme, les études incluses dans le présent ouvrage ont permis d’approfondir les connaissances sur les effets métaboliques et microstructuraux des commotions cérébrales et démontrent des effets délétères persistants chez des athlètes féminines. Ces données vont de pair avec la littérature scientifique qui suggère que les commotions cérébrales n’entraînent pas seulement des symptômes temporaires.

Influence of frequent nightmares on REM sleep-dependent emotional memory processing

La littérature suggère que le sommeil paradoxal joue un rôle dans l'intégration associative de la mémoire émotionnelle. De plus, les rêves en sommeil paradoxal, en particulier leur nature bizarre et émotionnelle, semblent refléter cette fonction associative et émotionnelle du sommeil paradoxal. La conséquence des cauchemars fréquents sur ce processus est inconnue, bien que le réveil provoqué par un cauchemar semble interférer avec les fonctions du sommeil paradoxal. Le premier objectif de cette thèse était de reproduire conceptuellement des recherches antérieures démontrant que le sommeil paradoxal permet un accès hyper-associatif à la mémoire. L'utilisation d'une sieste diurne nous a permis d'évaluer les effets du sommeil paradoxal, comparativement au sommeil lent et à l’éveil, sur la performance des participants à une tâche sémantique mesurant « associational breadth » (AB). Les résultats ont montré que seuls les sujets réveillés en sommeil paradoxal ont répondu avec des associations atypiques, ce qui suggère que le sommeil paradoxal est spécifique dans sa capacité à intégrer les traces de la mémoire émotionnelle (article 1). En outre, les rapports de rêve en sommeil paradoxal étaient plus bizarres que ceux en sommeil lent, et plus intenses émotionnellement ; ces attributs semblent refléter la nature associative et émotionnelle du sommeil paradoxal (article 2). Le deuxième objectif de la thèse était de préciser si et comment le traitement de la mémoire émotionnelle en sommeil paradoxal est altéré dans le Trouble de cauchemars fréquents (NM). En utilisant le même protocole, nos résultats ont montré que les participants NM avaient des résultats plus élevés avant une sieste, ce qui correspond aux observations antérieures voulant que les personnes souffrant de cauchemars soient plus créatives. Après le sommeil paradoxal, les deux groupes, NM et CTL, ont montré des changements similaires dans leur accès associatif, avec des résultats AB-négatif plus bas et AB-positif plus grands. Une semaine plus tard, seul les participants NM a maintenu ce changement dans leur réseau sémantique (article 3). Ces résultats suggèrent qu’au fil du temps, les cauchemars peuvent interférer avec l'intégration de la mémoire émotionnelle pendant le sommeil paradoxal. En ce qui concerne l'imagerie, les participants NM avaient plus de bizarrerie et plus d’émotion positive, mais pas négative, dans leurs rêveries (article 4). Ces attributs intensifiés suggèrent à nouveau que les participants NM sont plus imaginatifs et créatifs à l’éveil. Dans l'ensemble, les résultats confirment le rôle du sommeil paradoxal dans l'intégration associative de la mémoire émotionnelle. Cependant, nos résultats concernant le Trouble de cauchemars ne sont pas entièrement en accord avec les théories suggérant que les cauchemars sont dysfonctionnels. Le groupe NM a montré plus d’associativité émotionnelle, de même que plus d'imagerie positive et bizarre à l’éveil. Nous proposons donc une nouvelle théorie de sensibilité environnementale associée au Trouble de cauchemar, suggérant qu'une sensibilité accrue à une gamme de contextes environnementaux sous-tendrait les symptômes uniques et la richesse imaginative observés chez les personnes souffrant de cauchemars fréquents. Bien que davantage de recherches doivent être faites, il est possible que ces personnes puissent bénéficier e milieux favorables, et qu’elles puissent avoir un avantage adaptatif à l'égard de l'expression créative, ce qui est particulièrement pertinent lorsque l'on considère leur pronostic et les différents types de traitements.

ESR/ERS white paper on lung cancer screening

Lung cancer is the most frequently fatal cancer, with poor survival once the disease is advanced. Annual low-dose computed tomography has shown a survival benefit in screening individuals at high risk for lung cancer. Based on the available evidence, the European Society of Radiology and the European Respiratory Society recommend lung cancer screening in comprehensive, quality-assured, longitudinal programmes within a clinical trial or in routine clinical practice at certified multidisciplinary medical centres. Minimum requirements include: standardised operating procedures for low-dose image acquisition, computer-assisted nodule evaluation, and positive screening results and their management; inclusion/exclusion criteria; expectation management; and smoking cessation programmes. Further refinements are recommended to increase quality, outcome and cost-effectiveness of lung cancer screening: inclusion of risk models, reduction of effective radiation dose, computer-assisted volumetric measurements and assessment of comorbidities (chronic obstructive pulmonary disease and vascular calcification). All these requirements should be adjusted to the regional infrastructure and healthcare system, in order to exactly define eligibility using a risk model, nodule management and a quality assurance plan. The establishment of a central registry, including a biobank and an image bank, and preferably on a European level, is strongly encouraged. Key points: • Lung cancer screening using low dose computed tomography reduces mortality. • Leading US medical societies recommend large scale screening for high-risk individuals. • There are no lung cancer screening recommendations or reimbursed screening programmes in Europe as of yet. • The European Society of Radiology and the European Respiratory Society recommend lung cancer screening within a clinical trial or in routine clinical practice at certified multidisciplinary medical centres. • High risk, eligible individuals should be enrolled in comprehensive, quality-controlled longitudinal programmes.

Obtenção de nanopartículas de hexaferrita de bário pelo método pechini

In this study barium hexaferrite was (general formulae BaFe12O19) was synthesized by the Pechini method under different conditions of heat treatment. Precursors like barium carbonate and iron nitrate were used. These magnetic ceramic, with magnetoplumbite type structure, are widely used as permanent magnet because of its excellent magnetic properties, such as: high Curie temperature, good magnetic anisotropy, high coercivity and corrosion resistance. The samples were characterized by thermal analysis (DTA and TG), X- ray Diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), Scanning Electron Microscopy (SEM) end Vibrating sample Magnetometer (VSM). The results confirm the expected phase, which was reinforced according to our analysis. A single phase powder at relatively high temperatures with particle sizes around 100 nm was obtained. The characteristic magnetic behavior one of the phases has been noted (probably superparamagnetic material), while another phase was identified as a ferrimagnetic material. The ferrimagnetic phase showed vortex configuration with two central and slightly inclined plateaus. In general, increase of heat treatment temperature and time, directly influenced the technological properties of the samples

HYSCORES : Cartographies hyperspectrales appliquées aux écosystèmes coralliens et à leur état de santé.

En 2013, les résultats des travaux menés dans le cadre des projets "Spectrhabent-OI" (2009-2012), étendus au projet "Bioindication" (2012-2013) ont permis d'illustrer le potentiel important représenté par les nouvelles techniques d'imagerie aérienne hyperspectrale appliquées sur les plateformes récifales de l'île de La Réunion. L'objectif principal du projet HYSCORES (2015-2016) est de consolider ces premiers résultats dans une perspective de mise en œuvre opérationnelle de ces nouvelles méthodes dans le cadre de la DCE (directive-cadre européenne sur l’eau (2000/60/CE)). Pour cela 3 axes de recherche sont proposés : 1) l’étude et l'évaluation de la pertinence de l'indicateur VCH (vitalité corallienne hyperspectrale) proposé en 2012 ; 2) la capacité de l'indicateur à mettre en évidence une évolution de l'état global entre 2009 et 2015 ; 3) mieux cerner et quantifier les moyens et les ressources nécessaires à la mise en œuvre de ces nouvelles techniques en routine. Le projet s'appuie pour cela sur une nouvelle campagne d'acquisition de données brutes hyperspectrales réalisée en 2015 et couvrant les 4 principaux récifs frangeants de La Réunion. Ce rapport final présente le projet et ses objectifs dans leur globalité. Il détaille l'ensemble des méthodologies mises en œuvre dans le cadre des traitements numériques et décrit les résultats produits. Il s'attache également à l'analyse des résultats de la campagne 2015 HYSCORES en regard des résultats antérieurs (Spectrhabent-OI / BioIndication). A travers une analyse diachronique il confirme et illustre l'intérêt de ces nouvelles techniques pour évaluer les changements (gains et pertes) tant pour la Vitalité Corallienne Hyperspectrale (VCH) que pour le recouvrement corallien en général. Ce travail ouvre également sur de nouvelles perspectives en termes d'Indices (types coralliens par exemple) susceptibles de venir compléter la VCH dans le cadre de l'évaluation de l'Etat des plateformes récifales. L'ensemble des données et des résultats produits sont diffusés librement à travers les portails Sextant océan Indien et Archimer.

Experimental characterization of wingtip vortices using smoke flow visualizations

In order to predict the axial development of the wingtip vortices strength an accurate theoretical model is required. Several experimental techniques have been used to that end, e.g. PIV or hotwire anemometry, but they imply a significant cost and effort. For this reason, we have carried out experiments using the smoke-wire technique to visualize smoke streaks in six planes perpendicular to the main stream flow direction. Using this visualization technique, we obtained quantitative information regarding the vortex velocity field by means of Batchelor's model~\cite{batchelor}, which only depends on two free parameters, i.e. the vortex strength, $S$, and the virtual origin, $z_0$. Results for two chord based Reynolds numbers have been compared with those provided by del Pino et at. (2011), finding good agreement.

Dispersive liquid–liquid microextraction for metals enrichment: A useful strategy for improving sensitivity of laser-induced breakdown spectroscopy in liquid samples analysis

A rapid and efficient Dispersive Liquid–Liquid Microextraction (DLLME) followed by Laser-Induced Breakdown Spectroscopy detection (LIBS) was evaluated for simultaneous determination of Cr, Cu, Mn, Ni and Zn in water samples. Metals in the samples were extracted with tetrachloromethane as pyrrolidinedithiocarbamate (APDC) complexes, using vortex agitation to achieve dispersion of the extractant solvent. Several DLLME experimental factors affecting extraction efficiency were optimized with a multivariate approach. Under optimum DLLME conditions, DLLME-LIBS method was found to be of about 4.0–5.5 times more sensitive than LIBS, achieving limits of detection of about 3.7–5.6 times lower. To assess accuracy of the proposed DLLME-LIBS procedure, a certified reference material of estuarine water was analyzed.

Southern Hemisphere Summer Mesopause Responses to El Niño-Southern Oscillation

In the Southern Hemisphere (SH) polar region, satellite observations reveal a significant upper-mesosphere cooling and a lower-thermosphere warming during warm ENSO events in December. An opposite pattern is observed in the tropical mesopause region. The observed upper-mesosphere cooling agrees with a climate model simulation. Analysis of the simulation suggests that enhanced planetary wave (PW) dissipation in the Northern Hemisphere (NH) high-latitude stratosphere during El Nino strengthens the Brewer-Dobson circulation and cools the equatorial stratosphere. This increases the magnitude of the SH stratosphere meridional temperature gradient and thus causes the anomalous stratospheric easterly zonal wind and early breakdown of the SH stratospheric polar vortex. The resulting perturbation to gravity wave (GW) filtering causes anomalous SH mesospheric eastward GW forcing and polar upwelling and cooling. In addition, constructive inference of ENSO and quasi-biennial oscillation (QBO) could lead to stronger stratospheric easterly zonal wind anomalies at the SH high latitudes in November and December and early breakdown of the SH stratospheric polar vortex during warm ENSO events in the easterly QBO phase (defined by the equatorial zonal wind at similar to 25 hPa). This would in turn cause much more SH mesospheric eastward GW forcing and much colder polar temperatures, and hence it would induce an early onset time of SH summer polar mesospheric clouds (PMCs). The opposite mechanism occurs during cold ENSO events in the westerly QBO phase. This implies that ENSO together with QBO could significantly modulate the breakdown time of SH stratospheric polar vortex and the onset time of SH PMC.

Determination of acrylamide levels in selected commercial and traditional foods in Syria

Purpose: To determine acrylamide (AA) levels in different brands of commercial and traditional foodstuffs available in Syria by ultra-performance liquid chromatography-mass spectrometery (UPLCMS). Methods: A total of 63 samples were analyzed. Food samples were defatted by hexane and then extracted with methanol 98 % in a vortex mixer. Thereafter, Carrez I and Carrez II were added to precipitate proteins from the co-extractives and then centrifuged to obtain a clear aqueous extract that was evaporated to dryness. The extract was dissolved in 1 mL of water, eluted through a preconditioned Oasis HLB cartridge and then filtered. The filtrate was analyzed by UPLC-MS/MS to determine AA content. Results: Among the commercial foods tested, the highest acrylamide quantity was found in potato products (396 ± 3.59 – 1844 ± 5.29 μg kg−1) and the lowest in corn products (183 ± 2.64 – 366 ± 4.58 μg kg−1). This was followed by biscuits (57 ± 2.64 – 1433 ± 2.51 μg kg−1), breakfast cereals (121 ± 8.73 – 245 ± 3.60 μg kg−1), bread (119 ± 1.73 – 263 ± 3.60 μg kg−1) and then coffee (113 ± 2.64 - 64 ± 3.05 μg kg−1). Regarding traditional foods, the highest level of AA was found in AL- Mshabak (481 ± 2.08 μg kg−1) and AL-Awamat (421 ± 2.64 μg kg−1) followed by AL-Namora (282 ± 4.35 μg kg−1) and AL-Kenafa (242 ± 2.64 μg kg−1). It was also observed that the lowest amount of AA was in fried bread (230 μg kg−1), AL-Fatayer (192 ± 3.51 μg kg−1) and AL-Baqlawa (172 ± 4.35 μg kg−1) while Eid Aqras (130 ± 4.58 μg kg−1) and AL-Brazeq (167 ± 3.78 μg kg−1) contained the least amount of AA. Conclusion: The results indicate that the highest levels of AA are found in the most commonly consumed foods. There was significant difference (p < 0.05) in AA levels among different food items and within different brands of the same product.

Flow around a hemisphere-cylinder at high angle of attack and low Reynolds number. Part II: POD and DMD applied to reduced domains

Three-dimensional direct numerical simulations (DNS) have been performed on a finite-size hemispherecylinder model at angle of attack AoA = 20◦ and Reynolds numbers Re = 350 and 1000. Under these conditions, massive separation exists on the nose and lee-side of the cylinder, and at both Reynolds numbers the flow is found to be unsteady. Proper orthogonal decomposition (POD) and dynamic mode decomposition (DMD) are employed in order to study the primary instability that triggers unsteadiness at Re = 350. The dominant coherent flow structures identified at the lower Reynolds number are also found to exist at Re = 1000; the question is then posed whether the flow oscillations and structures found at the two Reynolds numbers are related. POD and DMD computations are performed using different subdomains of the DNS computational domain. Besides reducing the computational cost of the analyses, this also permits to isolate spatially localized oscillatory structures from other, more energetic structures present in the flow. It is found that POD and DMD are in general sensitive to domain truncation and noneducated choices of the subdomain may lead to inconsistent results. Analyses at Re = 350 show that the primary instability is related to the counter rotating vortex pair conforming the three-dimensional afterbody wake, and characterized by the frequency St ≈ 0.11, in line with results in the literature. At Re = 1000, vortex-shedding is present in the wake with an associated broadband spectrum centered around the same frequency. The horn/leeward vortices at the cylinder lee-side, upstream of the cylinder base, also present finite amplitude oscillations at the higher Reynolds number. The spatial structure of these oscillations, described by the POD modes, is easily differentiated from that of the wake oscillations. Additionally, the frequency spectra associated with the lee-side vortices presents well defined peaks, corresponding to St ≈ 0.11 and its few harmonics, as opposed to the broadband spectrum found at the wake.

Flow around a hemisphere-cylinder at high angle of attack and low Reynolds number. Part I: Experimental and numerical investigation

Three-dimensional Direct Numerical Simulations combined with Particle Image Velocimetry experiments have been performed on a hemisphere-cylinder at Reynolds number 1000 and angle of attack 20◦. At these flow conditions, a pair of vortices, so-called “horn” vortices, are found to be associated with flow separation. In order to understand the highly complex phenomena associated with this fully threedimensional massively separated flow, different structural analysis techniques have been employed: Proper Orthogonal and Dynamic Mode Decompositions, POD and DMD, respectively, as well as criticalpoint theory. A single dominant frequency associated with the von Karman vortex shedding has been identified in both the experimental and the numerical results. POD and DMD modes associated with this frequency were recovered in the analysis. Flow separation was also found to be intrinsically linked to the observed modes. On the other hand, critical-point theory has been applied in order to highlight possible links of the topology patterns over the surface of the body with the computed modes. Critical points and separation lines on the body surface show in detail the presence of different flow patterns in the base flow: a three-dimensional separation bubble and two pairs of unsteady vortices systems, the horn vortices, mentioned before, and the so-called “leeward” vortices. The horn vortices emerge perpendicularly from the body surface at the separation region. On the other hand, the leeward vortices are originated downstream of the separation bubble, as a result of the boundary layer separation. The frequencies associated with these vortical structures have been quantified.

Two roads to planet detection

One of the most exciting discoveries in astrophysics of the last last decade is of the sheer diversity of planetary systems. These include "hot Jupiters", giant planets so close to their host stars that they orbit once every few days; "Super-Earths", planets with sizes intermediate to those of Earth and Neptune, of which no analogs exist in our own solar system; multi-planet systems with planets smaller than Mars to larger than Jupiter; planets orbiting binary stars; free-floating planets flying through the emptiness of space without any star; even planets orbiting pulsars. Despite these remarkable discoveries, the field is still young, and there are many areas about which precious little is known. In particular, we don't know the planets orbiting Sun-like stars nearest to our own solar system, and we know very little about the compositions of extrasolar planets. This thesis provides developments in those directions, through two instrumentation projects.

The first chapter of this thesis concerns detecting planets in the Solar neighborhood using precision stellar radial velocities, also known as the Doppler technique. We present an analysis determining the most efficient way to detect planets considering factors such as spectral type, wavelengths of observation, spectrograph resolution, observing time, and instrumental sensitivity. We show that G and K dwarfs observed at 400-600 nm are the best targets for surveys complete down to a given planet mass and out to a specified orbital period. Overall we find that M dwarfs observed at 700-800 nm are the best targets for habitable-zone planets, particularly when including the effects of systematic noise floors caused by instrumental imperfections. Somewhat surprisingly, we demonstrate that a modestly sized observatory, with a dedicated observing program, is up to the task of discovering such planets.

We present just such an observatory in the second chapter, called the "MINiature Exoplanet Radial Velocity Array," or MINERVA. We describe the design, which uses a novel multi-aperture approach to increase stability and performance through lower system etendue, as well as keeping costs and time to deployment down. We present calculations of the expected planet yield, and data showing the system performance from our testing and development of the system at Caltech's campus. We also present the motivation, design, and performance of a fiber coupling system for the array, critical for efficiently and reliably bringing light from the telescopes to the spectrograph. We finish by presenting the current status of MINERVA, operational at Mt. Hopkins observatory in Arizona.

The second part of this thesis concerns a very different method of planet detection, direct imaging, which involves discovery and characterization of planets by collecting and analyzing their light. Directly analyzing planetary light is the most promising way to study their atmospheres, formation histories, and compositions. Direct imaging is extremely challenging, as it requires a high performance adaptive optics system to unblur the point-spread function of the parent star through the atmosphere, a coronagraph to suppress stellar diffraction, and image post-processing to remove non-common path "speckle" aberrations that can overwhelm any planetary companions.

To this end, we present the "Stellar Double Coronagraph," or SDC, a flexible coronagraphic platform for use with the 200" Hale telescope. It has two focal and pupil planes, allowing for a number of different observing modes, including multiple vortex phase masks in series for improved contrast and inner working angle behind the obscured aperture of the telescope. We present the motivation, design, performance, and data reduction pipeline of the instrument. In the following chapter, we present some early science results, including the first image of a companion to the star delta Andromeda, which had been previously hypothesized but never seen.

A further chapter presents a wavefront control code developed for the instrument, using the technique of "speckle nulling," which can remove optical aberrations from the system using the deformable mirror of the adaptive optics system. This code allows for improved contrast and inner working angles, and was written in a modular style so as to be portable to other high contrast imaging platforms. We present its performance on optical, near-infrared, and thermal infrared instruments on the Palomar and Keck telescopes, showing how it can improve contrasts by a factor of a few in less than ten iterations.

One of the large challenges in direct imaging is sensing and correcting the electric field in the focal plane to remove scattered light that can be much brighter than any planets. In the last chapter, we present a new method of focal-plane wavefront sensing, combining a coronagraph with a simple phase-shifting interferometer. We present its design and implementation on the Stellar Double Coronagraph, demonstrating its ability to create regions of high contrast by measuring and correcting for optical aberrations in the focal plane. Finally, we derive how it is possible to use the same hardware to distinguish companions from speckle errors using the principles of optical coherence. We present results observing the brown dwarf HD 49197b, demonstrating the ability to detect it despite it being buried in the speckle noise floor. We believe this is the first detection of a substellar companion using the coherence properties of light.

Hyperactivations frontales en mémoire de travail dans le trouble cognitif léger

Des études récentes ont rapporté que les individus âgés avec un trouble cognitif léger (TCL) ont de plus grandes activations en lien avec la réalisation d’une tâche cognitive que des personnes âgées saines. Des auteurs ont proposé que ces hyperactivations pourraient refléter des processus de plasticité cérébrale compensatoires ayant lieu pendant la phase précoce de la maladie d’Alzheimer. Des processus de compensations fonctionnelles pourraient émerger en réponse à une perte d’intégrité structurelle dans les régions du cerveau normalement requises pour compléter une tâche. Dans ce mémoire, j’ai évalué cette hypothèse chez des personnes avec TCL en faisant appel à une tâche de mémoire de travail comportant plusieurs niveaux de difficulté ainsi qu’aux techniques d’imagerie par résonnance magnétique (IRM) structurelle et fonctionnelle. Des analyses de régression multiples ont été utilisées afin d’identifier les régions cérébrales dont l’activité variait en fonction de l’intégrité neuronale telle que définie par le volume de l’hippocampe. Les valeurs estimées des paramètres du signal de ces régions furent ensuite extraites afin de procéder à des analyses corrélationnelles sur la performance ainsi que sur le volume de différentes structures cérébrales. Les résultats indiquent des hyperactivations dans les régions frontales droites chez les participants TCL souffrant d’une plus grande atteinte neuronale. De plus, le niveau d’activation est négativement corrélé au volume de structures frontales et pariétales. Ces résultats indique la présence d’une hyperactivation compensatoire dans la phase du TCL associée à la réalisation d’une tâche de mémoire de travail.