A multilevel approach to understanding circadian rhythmicity : social and sleep-dependent effects in ants and mice

Résumé françaisLa majorité des organismes vivants sont soumis à l'alternance du jour et de la nuit, conséquence de la rotation de la terre autour de son axe. Ils ont développé un système interne de mesure du temps, appelé horloge circadienne, leur permettant de s'adapter et de synchroniser leur comportement et leur physiologie aux cycles de lumière. Cette dernière est considérée comme étant le signal majeur entraînant l'horloge interne et. par conséquent, les rythmes journaliers d'éveil et de sommeil. Outre sa régulation circadienne, le sommeil est contrôlé par un processus homéostatique qui détermine son besoin. La contribution de ces deux processus dans le fonctionnement cellulaire du cerveau n'a pas encore été investiguée. La mesure de l'amplitude ainsi que de la prévalence des ondes delta de l'EEG (activité delta) constitue un index très fiable du besoin de sommeil. Il a été démontré que cette activité est génétiquement déterminée et associée à un locus de trait quantitatif situé sur le chromosome 13 de la souris.Grâce à des expériences de privation de sommeil et d'analyses de transcriptome du cerveau dans trois souches de souris présentant diverses réponses à la privation de sommeil, nous avons trouvé que Homerla, localisé dans la région d'intérêt du chromosome 13, est le meilleur marqueur du besoin de sommeil. Homerla est impliqué dans la récupération de l'hyperactivité neuronale induite par le glutamate, grâce à son effet tampon sur le calcium intracellulaire. Une fonction fondamentale du sommeil pourrait donc être de protéger le cerveau et de lui permettre de récupérer après une hyperactivité neuronale imposée par une veille prolongée.De plus, nous avons montré que 2032 transcrits sont exprimés rythmiqueraent dans le cerveau de la souris, parmi lesquels seulement 391 le restent après que les animaux aient été privés de sommeil à différents moments au cours des 24 heures. Cette observation montre clairement que la plupart des changements rythmiques au niveau du transcriptome dépendent du sommeil et non de l'horloge circadienne et souligne ainsi l'importance du sommeil dans la physiologie des mammifères.La plupart des expériences concernant les rythmes circadiens ont été réalisées sur des individus isolés en négligeant l'effet du contexte social sur les comportements circadiens. Les espèces sociales, telles que les fourmis, se caractérisent par une division du travail où une répartition des tâches s'effectue entre ses membres. De plus, certaines d'entre elles doivent être pratiquées en continu comme les soins au couvain tandis que d'autres requièrent une activité rythmique comme le fourragement. Ainsi la fourmi est un excellent modèle pour l'étude de 1 influence du contexte social sur les rythmes circadiens.A ces fins, nous avons décidé d'étudier les rythmes circadiens chez une espèce de fourmi Camponotus fellah et de caractériser au niveau moléculaire son horloge circadienne. Nous avons ainsi développé un système vidéo permettant de suivre l'activité locomotrice de tous les individus d'une colonie. Nos résultats montrent que, bien que la plupart des fourmis soient arythmiques à l'intérieur de la colonie, elles développent d'amples rythmes d'activité en isolation. De plus, ces rythmes disparaissent presque aussitôt que la fourmi est réintroduite dans la colonie. Cette rythmicité observée en isolation semble être générée par l'horloge circadienne car elle persiste en condition constante (obscurité totale). Nous avons ensuite regardé si cette apparente arythmie observée dans la colonie résultait d'un effet masquant des interactions sociales sur les rythmes circadiens d'activité. Nos résultats suggèrent que l'horloge interne est fonctionnelle dans la colonie mais que l'expression de ses rythmes au niveau comportemental est inhibée par les interactions sociales. Les analyses moléculaires du statut de l'horloge dans différents contextes sociaux sont actuellement en cours. Le contexte social semble donc un déterminant majeur du comportement circadien chez la fourmi.AbstractAlmost all living organisms on earth are subjected to the alternance of day and night re-sulting from the rotation of the earth around its axis. They have evolved with an internal timing system, termed the circadian clock, enabling them to adapt and synchronize their behavior and physiology to the daily changes in light and related environmental parame¬ters. Light is thought to be the major cue entraining the circadian clock and consequently the rhythms of rest/activity. In addition to its circadian dependent timing, sleep is reg¬ulated by a homeostatic process that determines its need. The contribution of these two processes in the cellular functioning of the brain has not yet been considered. A highly reliable index of the homeostatic process of sleep is the measure of the amplitude and prevalence of the EEG delta waves (delta activity). It has been shown that sleep need, measured by delta activity, is genetically determined and associated with a Quantitative Trait Locus (QTL) located on the mouse chromosome 13. By using sleep deprivation and brain transcriptome profiling in three inbred mouse strains showing different responses to sleep loss, we found that Homerla, localized within this QTL region is the best transcrip¬tional marker of sleep need. Interestingly Homerla is primarily involved in the recovery from glutamate-induced neuronal hyperactivity by its buffering effect on intracellular cal¬cium. A fundamental function of sleep may therefore reside in the protection and recovery of the brain from a neuronal hyperactivity imposed by prolonged wakefulness.Moreover, time course gene expression experiments showed that 2032 brain tran¬scripts present a rhythmic variation, but only 391 of those remain rhythmic when mice are sleep deprived at four time points around the clock. This finding clearly suggests that most changes in gene transcription over the day are sleep-wake dependent rather than clock dependent and underlines the importance of sleep in mammalian physiology.In the second part of this PhD, I was interested in the social influence on circadian behavior. Most experiments done in the circadian field have been performed on isolated individuals and have therefore ignored the effect of the social context on circadian behav-ior. Eusocial insect species such as ants are characterized by a division of labor: colony tasks are distributed among individuals, some of them requiring continuous activity such as nursing or rhythmic ones such as foraging. Thus ants represent a suitable model to study the influence of the social context on the circadian clock and its output rhythms.The aim of this part was to address the effect of social context on circadian rhythms in the ant species Camponotus fellah and to characterize its circadian clock at the molecu¬lar level. We therefore developed a video tracking system to follow the locomotor activity of all individuals in a colony. Our results show that most ants are arrhythmic within the colony, but develop, when subjected to social isolation, strong rhythms of activity that intriguingly disappear when individuals are reintroduced into the colony. The rhythmicity observed in isolated ants seems to be driven by the circadian clock as it persists under constant conditions (complete darkness). We then tested whether the apparent arrhyth- micity in the colony stemmed from a masking effect of social interactions on circadian rhythms. Indeed, we found that circadian clocks of ants in the colony are functional but their expression at the behavioral level is inhibited by social interactions. The molecular assessment of the circadian clock functional state in the different social context is still under investigation. Our results suggest that social context is a major determinant of circadian behavior in ants.

Scoring Methods for Ordinal Multidimensional Forced-Choice Items

In most psychological tests and questionnaires, a test score is obtained bytaking the sum of the item scores. In virtually all cases where the test orquestionnaire contains multidimensional forced-choice items, this traditionalscoring method is also applied. We argue that the summation of scores obtained with multidimensional forced-choice items produces uninterpretabletest scores. Therefore, we propose three alternative scoring methods: a weakand a strict rank preserving scoring method, which both allow an ordinalinterpretation of test scores; and a ratio preserving scoring method, whichallows a proportional interpretation of test scores. Each proposed scoringmethod yields an index for each respondent indicating the degree to whichthe response pattern is inconsistent. Analysis of real data showed that withrespect to rank preservation, the weak and strict rank preserving methodresulted in lower inconsistency indices than the traditional scoring method;with respect to ratio preservation, the ratio preserving scoring method resulted in lower inconsistency indices than the traditional scoring method

Dissociation of allocentric and egocentric orientation: Effect on hippocampal place cells and place navigation

Navigation by means of cognitive maps appears to require the hippocampus; hippocampal place cells (PCs) appear to store spatial memories because their discharge is confined to cell-specific places called firing fields (FFs). Experiments with rats manipulated idiothetic and landmark-related information to understand the relationship between PC activity and spatial rotation. Rotating a circular arena in the caused a discrepancy between these cuse. This discrepancy caused most FFs to disappear in both the arena and room reference frames. However, FFs persisted in the rotating arena frame when the discrepancy was reduced by darkness or by a card in the arena. The discrepancy was increased by "field clamping" the rat in a room-defined FF location by rotations that countered its locomotion. Most FFs disspared and reappeared an hour or more after the clamp. Place-avoidance experiments showed that navigation uses independent idiothetic and exteroceptive memories. Rats learned to avoid the unmarked footshock region within a circular arena. When acquired on the stable arena in the light, the location of the punishment was learned by using both room and idiothetic cues; extinction in the dark transferred to the following session in the light. If, however, extinction occured during rotation, only the arena-frame avoidance was extinguished in darkness; the room-defined location was avoided when the light were turned back on. Idiothetic memory of room-defined avoidance was not formed during rotation in light; regardless of rotation with a randomly dispersed pellet. The resulting behaviour alternated between random pellet searching and target-directed navigation, making it possible to examine PC correlates of these two classes of spatial behaviour. The independence of idiothetic and exteroceptive spatial memories and the disruption of PC firing during rotation suggest that PCs may not be necessary for spatial cognition; this idea can be tested by recording during place-avoidance and preference tasks.

Detection of ingested cocaine-filled packets: comparison of filtered back projection CT with adaptive statistical iterative reconstructed images

Purpose: To evaluate the diagnostic value and image quality of CT with filtered back projection (FBP) compared with adaptive statistical iterative reconstructed images (ASIR) in body stuffers with ingested cocaine-filled packets.Methods and Materials: Twenty-nine body stuffers (mean age 31.9 years, 3 women) suspected for ingestion of cocaine-filled packets underwent routine-dose 64-row multidetector CT with FBP (120kV, pitch 1.375, 100-300 mA and automatic tube current modulation (auto mA), rotation time 0.7sec, collimation 2.5mm), secondarily reconstructed with 30 % and 60 % ASIR. In 13 (44.83%) out of the body stuffers cocaine-filled packets were detected, confirmed by exact analysis of the faecal content including verification of the number (range 1-25). Three radiologists independently and blindly evaluated anonymous CT examinations (29 FBP-CT and 68 ASIR-CT) for the presence and number of cocaine-filled packets indicating observers' confidence, and graded them for diagnostic quality, image noise, and sharpness. Sensitivity, specificity, area under the receiver operating curve (ROC) Az and interobserver agreement between the 3 radiologists for FBP-CT and ASIR-CT were calculated.Results: The increase of the percentage of ASIR significantly diminished the objective image noise (p<0.001). Overall sensitivity and specificity for the detection of the cocaine-filled packets were 87.72% and 76.15%, respectively. The difference of ROC area Az between the different reconstruction techniques was significant (p= 0.0101), that is 0.938 for FBP-CT, 0.916 for 30 % ASIR-CT, and 0.894 for 60 % ASIR-CT.Conclusion: Despite the evident image noise reduction obtained by ASIR, the diagnostic value for detecting cocaine-filled packets decreases, depending on the applied ASIR percentage.

Analyzing shapes as compositions of distances

We propose to analyze shapes as “compositions” of distances in Aitchison geometry asan alternate and complementary tool to classical shape analysis, especially when sizeis non-informative.Shapes are typically described by the location of user-chosen landmarks. Howeverthe shape – considered as invariant under scaling, translation, mirroring and rotation– does not uniquely define the location of landmarks. A simple approach is to usedistances of landmarks instead of the locations of landmarks them self. Distances arepositive numbers defined up to joint scaling, a mathematical structure quite similar tocompositions. The shape fixes only ratios of distances. Perturbations correspond torelative changes of the size of subshapes and of aspect ratios. The power transformincreases the expression of the shape by increasing distance ratios. In analogy to thesubcompositional consistency, results should not depend too much on the choice ofdistances, because different subsets of the pairwise distances of landmarks uniquelydefine the shape.Various compositional analysis tools can be applied to sets of distances directly or afterminor modifications concerning the singularity of the covariance matrix and yield resultswith direct interpretations in terms of shape changes. The remaining problem isthat not all sets of distances correspond to a valid shape. Nevertheless interpolated orpredicted shapes can be backtransformated by multidimensional scaling (when all pairwisedistances are used) or free geodetic adjustment (when sufficiently many distancesare used)

The agreement between ipsative and normative questionnaires using compositional data analysis techniques

The main instrument used in psychological measurement is the self-report questionnaire. One of its majordrawbacks however is its susceptibility to response biases. A known strategy to control these biases hasbeen the use of so-called ipsative items. Ipsative items are items that require the respondent to makebetween-scale comparisons within each item. The selected option determines to which scale the weight ofthe answer is attributed. Consequently in questionnaires only consisting of ipsative items everyrespondent is allotted an equal amount, i.e. the total score, that each can distribute differently over thescales. Therefore this type of response format yields data that can be considered compositional from itsinception.Methodological oriented psychologists have heavily criticized this type of item format, since the resultingdata is also marked by the associated unfavourable statistical properties. Nevertheless, clinicians havekept using these questionnaires to their satisfaction. This investigation therefore aims to evaluate bothpositions and addresses the similarities and differences between the two data collection methods. Theultimate objective is to formulate a guideline when to use which type of item format.The comparison is based on data obtained with both an ipsative and normative version of threepsychological questionnaires, which were administered to 502 first-year students in psychology accordingto a balanced within-subjects design. Previous research only compared the direct ipsative scale scoreswith the derived ipsative scale scores. The use of compositional data analysis techniques also enables oneto compare derived normative score ratios with direct normative score ratios. The addition of the secondcomparison not only offers the advantage of a better-balanced research strategy. In principle it also allowsfor parametric testing in the evaluation

Implementation of a robust coded structured light technique for dynamic 3D measurements

This paper presents the implementation details of a coded structured light system for rapid shape acquisition of unknown surfaces. Such techniques are based on the projection of patterns onto a measuring surface and grabbing images of every projection with a camera. Analyzing the pattern deformations that appear in the images, 3D information of the surface can be calculated. The implemented technique projects a unique pattern so that it can be used to measure moving surfaces. The structure of the pattern is a grid where the color of the slits are selected using a De Bruijn sequence. Moreover, since both axis of the pattern are coded, the cross points of the grid have two codewords (which permits to reconstruct them very precisely), while pixels belonging to horizontal and vertical slits have also a codeword. Different sets of colors are used for horizontal and vertical slits, so the resulting pattern is invariant to rotation. Therefore, the alignment constraint between camera and projector considered by a lot of authors is not necessary

Femur fracture in preschool children : experience with flexible intramedullary nailing in 72 children

RESUME Fractures du fémur chez les enfants d'âge préscolaire. Expérience avec l'enclouage centromédullaire élastique stable chez 72 enfants Introduction L'immobilisation plâtrée est le traitement le plus fréquemment utilisé pour traiter les fractures du fémur chez les enfants d'âge préscolaire de moins de 6 ans. L'enclouage centromédullaire élastique stable (ECMES), qui a remplacé les immobilisations plâtrées chez les enfants d'âge scolaire, est une alternative qui n'a jamais été étudiée spécifiquement dans la tranche d'âge préscolaire. Matériel et Méthode Nous avons réalisé une étude rétrospective de tous les cas de fractures du fémur chez l'enfant de moins de 6 ans traitées par ECMES dans le service de chirurgie pédiatrique du Centre Hospitalier Universitaire Vaudois et de l'Hôpital de l'Enfance de Lausanne sur une période de 15 ans. Résultats Parmi les 210 fractures du fémur traitées par ECMES entre le 1.1.1988 et le 31.12.2003, 74 fractures du fémur ont été identifiées chez 73 enfants âgés de 1.5 à 5.9 ans. Ces fractures étaient sous-trochantériennes (n=5), diaphysaires (n=64, dont 5 ouvertes), ou métaphysaires discales (n=4). Le type de fracture était transverse (n=35, dont 2 ouvertes), oblique (n=28, dont 3 ouvertes) au spiroïde (n=11). Quatre fractures étaient comminutives. Le temps opératoire moyen était de 56,9 minutes (limites entre 20 et 155 min.) pour les enfants ne présentant pas d'autre pathologie chirurgicale. Le séjour hospitalier moyen était de 9.1 jours (limites entre 1 et 46 jours) pour tous les enfants n'ayant pas de pathologie associée. Chez les enfants sans lésion ou pathologie associée, la première mise en charge s'est effectuée en moyenne au 14,1 ème jour post-opératoire (limites entre 1 et 42ème jour) alors que la première mobilisation a eu lieu en moyenne dès le 2,7ème jour post-opératoire (limites entre le 1 et le 14ème jour). 64 enfants ont été suivis à long terme avec un recul moyen de. 36,8 mois (limites entre 4 et 124 mois). Nous avons relevés 6 enfants avec une inégalité de longueur de plus d'un centimètre, alors que nous n'avons jamais constaté de défaut de rotation. Durant le 11 premières années de l'étude, 9 enfants ont dû être réopérés pour raccourcissement secondaire de broches extériorisées ou douloureuses sous la peau. Aucun problème de broche n'a été observé après introduction d'une nouvelle pince à couper. 2 réductions de fracture se sont faites à foyer ouvert. Une infection localisée transitoire du point de ponction d'une broche a été notée, sans ostéite associée. Discussion L' ECMES chez le petit enfant est techniquement réalisable sans véritable limite inférieure d'âge. Il favorise la mobilisation et la charge précoces. Les complications sont avant tout en rapport avec la technique et peuvent être évitées. Les résultats sont au moins aussi bons et meilleurs sur certains points que ceux publiés en utilisant les immobilisations. En outre ce traitement évite une longue hospitalisation. Conclusions L'ECMES peut être appliqué aux enfants de moins de 6 ans avec les mêmes bénéfices que ceux observés pour les plus grands, sans en augmenter la morbidité. La limite inférieure d'âge reste à déterminer. Un suivi à long terme s'impose pour vérifier l'absence d'inégalité de longueur des membres inférieurs.

Body context and posture affect mental imagery of hands.

Different visual stimuli have been shown to recruit different mental imagery strategies. However the role of specific visual stimuli properties related to body context and posture in mental imagery is still under debate. Aiming to dissociate the behavioural correlates of mental processing of visual stimuli characterized by different body context, in the present study we investigated whether the mental rotation of stimuli showing either hands as attached to a body (hands-on-body) or not (hands-only), would be based on different mechanisms. We further examined the effects of postural changes on the mental rotation of both stimuli. Thirty healthy volunteers verbally judged the laterality of rotated hands-only and hands-on-body stimuli presented from the dorsum- or the palm-view, while positioning their hands on their knees (front postural condition) or behind their back (back postural condition). Mental rotation of hands-only, but not of hands-on-body, was modulated by the stimulus view and orientation. Additionally, only the hands-only stimuli were mentally rotated at different speeds according to the postural conditions. This indicates that different stimulus-related mechanisms are recruited in mental rotation by changing the bodily context in which a particular body part is presented. The present data suggest that, with respect to hands-only, mental rotation of hands-on-body is less dependent on biomechanical constraints and proprioceptive input. We interpret our results as evidence for preferential processing of visual- rather than kinesthetic-based mechanisms during mental transformation of hands-on-body and hands-only, respectively.

Els Serveis educatius en la cultura institucional: una aproximació

Es pot parlar de desafecció de la societat catalana envers els infants i els joves? Com es manifesta aquesta desafecció en l’àmbit de la cultura institucional? A partir d’una aproximació als serveis educatius de vint equipaments culturals de la ciutat de Barcelona, aquest treball proposa un seguit de dades, indicadors i observacions per assajar una resposta a aquestes qüestions

Social inequalities and mortality in Europe-results from a large multi-national cohort

BACKGROUND Socio-economic inequalities in mortality are observed at the country level in both North America and Europe. The purpose of this work is to investigate the contribution of specific risk factors to social inequalities in cause-specific mortality using a large multi-country cohort of Europeans. METHODS A total of 3,456,689 person/years follow-up of the European Prospective Investigation into Cancer and Nutrition (EPIC) was analysed. Educational level of subjects coming from 9 European countries was recorded as proxy for socio-economic status (SES). Cox proportional hazard model's with a step-wise inclusion of explanatory variables were used to explore the association between SES and mortality; a Relative Index of Inequality (RII) was calculated as measure of relative inequality. RESULTS Total mortality among men with the highest education level is reduced by 43% compared to men with the lowest (HR 0.57, 95% C.I. 0.52-0.61); among women by 29% (HR 0.71, 95% C.I. 0.64-0.78). The risk reduction was attenuated by 7% in men and 3% in women by the introduction of smoking and to a lesser extent (2% in men and 3% in women) by introducing body mass index and additional explanatory variables (alcohol consumption, leisure physical activity, fruit and vegetable intake) (3% in men and 5% in women). Social inequalities were highly statistically significant for all causes of death examined in men. In women, social inequalities were less strong, but statistically significant for all causes of death except for cancer-related mortality and injuries. DISCUSSION In this European study, substantial social inequalities in mortality among European men and women which cannot be fully explained away by accounting for known common risk factors for chronic diseases are reported.

Recherche translationnelle: de l'animal modèle de schizophrénie à la forme humaine de difficulté cognitive. Evaluation des performances de navigation spatiale et des stratégies utilisées

Un protocole de tests sur labyrinthe radial permettant d'évaluer la navigation spatial chez l'homme a été réalisé. Ces tests sur labyrinthe radial sont basés sur le protocole utilisé sur l'animal modèle de schizophrénie dans le CNP (Centre de neuroscience psychiatrique) de Lausanne. Les recherches actuelles du CNP ont montré un déficit dans les capacités d'orientation spatiale de ces animaux [13]. Ainsi notre méthodologie consistera à tester des sujets humains dans des tâches de labyrinthe afin d'étudier de la manière la plus équivalente les différents déficits observés dans la pathologie humaine et dans le rat modèle. Cette démarche est à la base d'une approche translationnelle qui combine recherches cliniques et expérimentales. Le travail expérimental a été mené sur deux dispositifs analogues. a) «radial au doigt», ensemble de petits canaux qui peuvent être explorés par le doigt, yeux ouverts ou fermés et dans lesquels des textures différentes tapissent chaque bras. b) «radial sur écran tactile», deux labyrinthes qui comparent deux types d'indice locale, couleurs différentes ou patrons noir-blanc. Dans les deux dispositifs a été prévu une série de tests permettant d'évaluer la mémorisation des indices utilisés en les supprimant temporairement où en les mettant en contradiction. La première perturbation a pour but de tester l'importance du référentiel locale par une rotation de 90° du labyrinthe. La permutation des bras lors d'un dernier essai permet d'induire une situation ou les informations ont été soit correctes spatialement mais incorrectes localement (texture) soit inversement. Ces perturbations des informations sensorielles qui sont fournies au sujet, permettent d'observer les systèmes de repérage et leur poids relatif dans la construction d'un système de référence durant la navigation spatiale. Les résultats du labyrinthe radial au doigt montrent que dans les conditions utilisant les informations visuelles les participants sont sensiblement plus performants. Il est apparu que les informations visuelles prédominent sur les informations proprioceptives et tactiles. Ainsi dans la condition intégrant informations visuospatiales, proprioceptives et tactiles, les sujets basent plus fortement leur navigation spatiale sur les indices visuelles soit locale soit spatiale. Dans cette condition une différence significative de stratégie entre hommes et femmes est apparue. Les hommes se basent majoritairement sur des indices spatiaux tandis que les femmes préfèrent les indices locaux. En présence d'informations tactiles et proprioceptives mais en absence de la vision, les participants utilisent les références spatiale et locale complémentairement sans avoir un système prédominant. Alors que si uniquement les informations proprioceptives sont présentes, les sujets utilisent un système de référence spatiale (globale). Le labyrinthe radial sur écran tactile indique une différence de système de référence selon l'indice local employé. Les couleurs, étant des forts indices locaux, vont favoriser un système de référence local. Au contraire les patrons noirs-blancs sont des indices visiblement très complexes et difficiles à mémoriser qui vont pousser les sujets à utiliser une stratégie de référence spatiale.