Intra- and inter-hemispheric interactions in somatosensory processing of pain : dynamical causal modeling analysis of fMRI data

La douleur est une expérience perceptive comportant de nombreuses dimensions. Ces dimensions de douleur sont inter-reliées et recrutent des réseaux neuronaux qui traitent les informations correspondantes. L’élucidation de l'architecture fonctionnelle qui supporte les différents aspects perceptifs de l'expérience est donc une étape fondamentale pour notre compréhension du rôle fonctionnel des différentes régions de la matrice cérébrale de la douleur dans les circuits corticaux qui sous tendent l'expérience subjective de la douleur. Parmi les diverses régions du cerveau impliquées dans le traitement de l'information nociceptive, le cortex somatosensoriel primaire et secondaire (S1 et S2) sont les principales régions généralement associées au traitement de l'aspect sensori-discriminatif de la douleur. Toutefois, l'organisation fonctionnelle dans ces régions somato-sensorielles n’est pas complètement claire et relativement peu d'études ont examiné directement l'intégration de l'information entre les régions somatiques sensorielles. Ainsi, plusieurs questions demeurent concernant la relation hiérarchique entre S1 et S2, ainsi que le rôle fonctionnel des connexions inter-hémisphériques des régions somatiques sensorielles homologues. De même, le traitement en série ou en parallèle au sein du système somatosensoriel constitue un autre élément de questionnement qui nécessite un examen plus approfondi. Le but de la présente étude était de tester un certain nombre d'hypothèses sur la causalité dans les interactions fonctionnelle entre S1 et S2, alors que les sujets recevaient des chocs électriques douloureux. Nous avons mis en place une méthode de modélisation de la connectivité, qui utilise une description de causalité de la dynamique du système, afin d'étudier les interactions entre les sites d'activation définie par un ensemble de données provenant d'une étude d'imagerie fonctionnelle. Notre paradigme est constitué de 3 session expérimentales en utilisant des chocs électriques à trois différents niveaux d’intensité, soit modérément douloureux (niveau 3), soit légèrement douloureux (niveau 2), soit complètement non douloureux (niveau 1). Par conséquent, notre paradigme nous a permis d'étudier comment l'intensité du stimulus est codé dans notre réseau d'intérêt, et comment la connectivité des différentes régions est modulée dans les conditions de stimulation différentes. Nos résultats sont en faveur du mode sériel de traitement de l’information somatosensorielle nociceptive avec un apport prédominant de la voie thalamocorticale vers S1 controlatérale au site de stimulation. Nos résultats impliquent que l'information se propage de S1 controlatéral à travers notre réseau d'intérêt composé des cortex S1 bilatéraux et S2. Notre analyse indique que la connexion S1→S2 est renforcée par la douleur, ce qui suggère que S2 est plus élevé dans la hiérarchie du traitement de la douleur que S1, conformément aux conclusions précédentes neurophysiologiques et de magnétoencéphalographie. Enfin, notre analyse fournit des preuves de l'entrée de l'information somatosensorielle dans l'hémisphère controlatéral au côté de stimulation, avec des connexions inter-hémisphériques responsable du transfert de l'information à l'hémisphère ipsilatéral.

Etudes ab initio des effets de la température sur le spectre optique des semi-conducteurs

Thèse réalisée en cotutelle avec l'Université Catholique de Louvain (Belgique)

Calculs ab initio de structures électroniques et de leur dépendance en température avec la méthode GW

Cette thèse porte sur le calcul de structures électroniques dans les solides. À l'aide de la théorie de la fonctionnelle de densité, puis de la théorie des perturbations à N-corps, on cherche à calculer la structure de bandes des matériaux de façon aussi précise et efficace que possible. Dans un premier temps, les développements théoriques ayant mené à la théorie de la fonctionnelle de densité (DFT), puis aux équations de Hedin sont présentés. On montre que l'approximation GW constitue une méthode pratique pour calculer la self-énergie, dont les résultats améliorent l'accord de la structure de bandes avec l'expérience par rapport aux calculs DFT. On analyse ensuite la performance des calculs GW dans différents oxydes transparents, soit le ZnO, le SnO2 et le SiO2. Une attention particulière est portée aux modèles de pôle de plasmon, qui permettent d'accélérer grandement les calculs GW en modélisant la matrice diélectrique inverse. Parmi les différents modèles de pôle de plasmon existants, celui de Godby et Needs s'avère être celui qui reproduit le plus fidèlement le calcul complet de la matrice diélectrique inverse dans les matériaux étudiés. La seconde partie de la thèse se concentre sur l'interaction entre les vibrations des atomes du réseau cristallin et les états électroniques. Il est d'abord montré comment le couplage électron-phonon affecte la structure de bandes à température finie et à température nulle, ce qu'on nomme la renormalisation du point zéro (ZPR). On applique ensuite la méthode GW au calcul du couplage électron-phonon dans le diamant. Le ZPR s'avère être fortement amplifié par rapport aux calculs DFT lorsque les corrections GW sont appliquées, améliorant l'accord avec les observations expérimentales.

Studies on High- Tc Superconductors with Inequivalent Conducting Layers

The thesis deals with the study of super conducting properties of layered cuprates within the frame work of a modified Lawrence-Doniach (LD) model. The thesis is organized in seven chapters. Chapter I is a survey of the phenomena and theories of conventional superconductivity which can serve as a springboard for launching the study of the new class of oxide superconductors and it also includes a chronological description of the efforts made to overcome the temperature barrier. Chapter II deals with the structure and properties of the copper oxide superconductors and also the experimental constraints on the theories of high te:::nperature superconductivity. A modified Lawrence-Doniach type of phenomenological model which forms the basis of the presnt study is also discussed. In chapter III~ the temperature dependence of the upper critical field both parallel and perpendicular to the layers is determined and the results are compared with d.c. magnetization measurements on different superconducting compoilllds. The temperature and angular dependence of the lower critical field both parallel and perpendicular to the layers is also discussed. Chapters IV, V and VI deal with thermal fluctuation effects on superconducting properties. Fluctuation specific heat is studied in chapter IV. Paraconductivity both parallel and perpendicular to the layers is discussed in chapter V. Fluctuation diamagnetism is dealt with in chapter VI. Dimensional cross over in the fluctuation regime of all these quantities is also discussed. Chapter VII gives a summary of the results and the conclusions arrived at.

Oxygen precipitation in Czochralski grown silicon heat treated at 525 degrees C

The diffusion of interstitial oxygen In silicon at 525 degrees C is studied using time-of-flight small-angle neutron scattering (SANS) to separate the elastic scattering from oxygen-containing aggregates from the inelastic scattering from neutron-phonon interactions. The growth of oxygen-containing aggregates as a function of time gives a diffusion coefficient, D, calculated from Ham's theory, that is I factor of similar to 3.8 +/- 1.4 times higher than that expected by extrapolation of higher and lower temperature data (D = 0.13 exp(-2.53 eV kT(-1)) cm(2) s(-1)). This result confirms previous observations of enhanced diffusion at intermediate temperatures (400 degrees C-650 degrees C) although the magnitude of the enhancement we find is Much smaller than that reported by some others.

Interactions of decay-accelerating factor (DAF) with haemagglutinating human enteroviruses: utilizing variation in primate DAF to map virus binding sites

A cellular receptor for the haemagglutinating enteroviruses (HEV), and the protein that mediates haemagglutination, is the membrane complement regulatory protein decay accelerating factor (DAF; CD55). Although primate DAF is highly conserved, significant differences exist to enable cell lines derived from primates to be utilized for the characterization of the DAF binding phenotype of human enteroviruses. Thus, several distinct DAF-binding phenotypes of a selection of HEVs (viz. coxsackievirus A21 and echoviruses 6, 7, 11-13, 29) were identified from binding and infection assays using a panel of primate cells derived from human, orang-utan, African Green monkey and baboon tissues. These studies complement our recent determination of the crystal structure of SCR(34) of human DAF [Williams, P., Chaudhry, Y., Goodfellow, I. G., Billington, J., Powell, R., Spiller, O. B., Evans, D. J. & Lea, S. (2003). J Biol Chem 278, 10691-10696] and have enabled us to better map the regions of DAF with which enteroviruses interact and, in certain cases, predict specific virus-receptor contacts.

High-energy transitions of shallow magnetodonors in a GaAs/Al0.3Ga0.7As multiple quantum well

The high-energy states of a shallow donor in a GaAs/Ga0.7Al0.3As multiple-quantum-well structure subjected to a magnetic field in the growth direction are studied both theoretically and experimentally. Effects due to higher confinement subbands as well as due to the electron-phonon interaction are investigated. We show that most of the peaks in the infrared photoconductivity spectrum are due to direct transitions from the ground state to the m = +/-1 magnetodonor states associated with the first subband, but transitions to the m = +/-1 states of the third subband are also apparent. The remaining photoconductivity peaks are explained by phonon-assisted impurity transitions.

Pion interactions in the X(3872)

We consider pion interactions in an effective field theory of the narrow resonance X(3872), assuming it is a weakly bound molecule of the charm mesons D-0(D) over bar (*0) and D-*0(D) over bar (0). Since the hyperfine splitting of the D-0 and D-*0 is only 7 MeV greater than the neutral pion mass, pions can be produced near threshold and are nonrelativistic. We show that pion exchange can be treated in perturbation theory and calculate the next-to-leading-order correction to the partial decay width Gamma[X -> D-0(D) over bar (0)pi(0)].

Intersubband plasmon-phonon modes in quantum wires at high temperatures

Coupled intersubband plasmon-phonon modes are studied in a multisubband parabolic quantum wire at room temperatures. These modes are found by calculating the spectral weight function which is related to the inelastic Raman spectra. We use a 13 subband model. The plasmon-phonon coupling strongly modifies the dispersion relation of the intersubband modes in the vicinity of the optical phonon frequency omega(LO). Extra modes show up as a result of the electron-phonon interaction. We carefully study the density and temperature dependence of these extra modes. We also show that coupled intersubband plasmon-phonon modes should be observed for temperatures as high as 300 K.

Local Er(III) environment in luminescent titanosilicates prepared from microporous precursors

The local environment of Er3+ ions in microporous titanosilicate ETS-10 and in synthetic narsarsukite and glassy materials obtained by calcination of ETS-10 has been investigated by EXAFS, Raman and photoluminescence spectroscopies. Er L-III-edge EXAFS studies of Er3+-doped ETS-10 support the view that the exchanged Er3+ ions reside close to the (negatively charged) TiO6 octahedra. In ETS-10, Er3+ is partially bonded to framework oxygen atoms and hydration water molecules. The Er...Ti distance (3.3 Angstrom) is similar to the Na...Ti distances (3.15-3.20 Angstrom) reported previously for Na-ETS-10. Although the exact location of the ErO6 units within the host structure of Er3+-doped synthetic narsarsukite is still an open question, it is most likely that Er3+ substitutes Ti4+ rather than Na+ ions. EXAFS spectroscopy indicates that no significant clustering of erbium atoms occurs in the titanosilicate samples studied. Evidence for the insertion of Er3+ ions in the framework of narsarsukite has been obtained by Raman spectroscopy. This is indicated by the increasing full-width at half-maximum (FWHM) of the 775 cm(-1) peak and the increasing intensity of the anatase peaks as the erbium content increases. In addition, as the narsarsukite Er3+ content increases a band at ca. 515 cm(-1) firstly broadens and subsequently a new peak appears at ca. 507 cm(-1).Er3+-doped narsarsukite exhibits a characteristic local vibrational frequency, (h) over bar omega ca. 330 cm(-1), with an electron-phonon coupling, g ca. 0.2, which constitutes additional evidence for framework Er3+ insertion. The number of lines in the infrared emission spectrum of synthetic narsarsukite indicates the presence of two optically-active erbium centres with very similar local environments and an average I-4(13/2) lifetime of 7.8 +/- 0.2 ms.

Relaxation and tunnelling of structural units within the LTO phase of La2CuO4

The anelastic relaxation (elastic energy loss and Young modulus) of nearly stoichiometric La2CuO4+delta with LTO structure was measured. Extraordinarily intense effects are present below room temperature in the elastic dynamic susceptibility, indicating relaxational dynamics of a relevant fraction of the lattice. The involved degrees of freedom are identified as rotations of the CuO6 octahedra. Two distinct processes are found at frequencies around 1 kKz: one is observed around 150 K and is characterized by a mean activation energy of 2800 K; the second one occurs below 30 K and is governed by atomic tunnelling. Two explanations are proposed for the faster process: i) formation of fluctuating LTT domains on a scale of few atomic cells; ii) the LTO phase is a dynamical Jahn-Teller phase with all the octahedra tunneling between two LTT-like tilts. In both cases there would be important implications regarding the mechanisms giving rise to charge nanophase separation and strong electron-phonon coupling.

Temperature and wavelength dependence of the thermo-optical properties of tellurite and chalcogenide glasses

The refractive index and the temperature coefficient of the optical path length change of tellurite (80TeO(2):20Li(2)O) and chalcogenide glasses (72.5Ga(2)S(3):27.5La(2)O(3)) were determined as a function of temperature (up to 150 degrees C) and wavelength (in the range between 454 and 632.8 nm). The tellurite glass exhibits the usual refractive index dispersion in the wavelength range analyzed, while anomalous refractive index dispersion was observed for the chalcogenide glass between 454 and 530 nm. The dispersion parameters were determined by means of the single-effective oscillator model. In addition, a strong dependence of the temperature coefficient of the optical path length on the photon energy and temperature was found for the chalcogenide glass. The latter was correlated to the shift of the optical band gap (or electronic edge) with temperature, which was interpreted by the electron-phonon interaction model. (C) 2007 American Institute of Physics.

Disordered distribution of defects in polythiophene

In this work we study the electronic structure associated to a disordered distribution of bipolarons in polythiophene. The polymer chain is modelled by a tight-binding Hamiltonian with explicit treatment of electron-phonon coupling and the elastic energy of the sigma framework. The model also includes the electrostatic interaction due to the counterions. The density of states of the disordered system is obtained by the use of the Negative Factor Counting technique. Our results show that ion-induced conformational disorder can account for the closure of the gap and that the states around the Fermi level are extended. © 1993.

Electron identification and reconstruction with the OPERA ECC bricks and search for muon neutrino to electron neutrino oscillations

The procedure for event location in OPERA ECC has been optimazed for penetrating particles while is less efficient for electrons. For this reason new procedure has been defined in order to recover event with an electromagnetic shower in its final state not located with the standard one. The new procedure include the standard procedure during which several electromagnetic shower hint has been defined by means of the available data. In case the event is not located, the presence of an electromagnetic shower hint trigger a dedicated procedure. The old and new location procedure has been then simulated in order to obtain the standard location efficiency and the possible gain due to the new one for the events with electromagnetic shower. Finally a Data-MC comparison has been performed for the 2008 and 2009 runs for what concern the NC in order to validate the Monte Carlo. Then the expected electron neutrino interactions for the 2008 and 2009 runs has been evaluated and compared with the available data.

Magnetic tunneling junctions with the Heusler compound Co 2 Cr 0.6 Fe 0.4 Al

Materialen mit sehr hoher Spinpolarisation werden für Anwendungen im Bereich der Spin-Elektronik benötigt. Deshalb werden große Forschungsanstrengungen zur Untersuchung der Eigenschaften von Verbindungen mit potentiell halbmetallischem Charakter, d. h.mit 100% Spinpolarisation, unternommen. In halbmetallischen Verbindungen, erwartet man eine Lücke in der Zustandsdichte an der Fermi Energie für Ladungsträger einer Spinrichtung, wahrend die Ladungsträger mit der anderen Spinrichtung sich metallisch verhalten. Eine Konsequenz davon ist, dass ein Strom, der durch solche Verbindung fließt, voll spinpolarisiert ist. Die hohe Curie-Temperatur Tc (800 K) und der theoretisch vorhergesagte halbmetallische Charakter machen Co2Cr0.6Fe0.4Al (CCFA) zu einem guten Kandidaten für Spintronik-Anwendungen wie magnetische Tunnelkontakte (MTJs = Magnetic Tunneling Junctions). In dieser Arbeit werden die Ergebnisse der Untersuchung der elektronischen und strukturellen Eigenschaften von dünnen CCFA Schichten dargestellt. Diese Schichten wurden in MTJs integriert und der Tunnel-Magnetowiderstands-Effekt untersucht. Hauptziele waren die Messung der Spinpolarisation und Untersuchungen der elektronischen Struktur von CCFA. Der Einfluss verschiedener Depositionsparameter auf die Eigenschaften der Schichten, speziell auf der Oberflächenordnung und damit letztlich auf den Tunnel-Magnetowiderstand (TMR), wurde bestimmt. Epitaktische d¨unne CCFA Schichten mit zwei verschiedenen Wachstumsrichtungen wurden auf verschiedene Substrate und Pufferschichten deponiert. Ein Temperverfahren wurde eingesetzt um die strukturelle Eigenschaften der dünnen Schichten zu verbessern. Für die MTJs wurde Al2O3 als Barrierenmaterial verwendet und Co als Gegenelektrode gewählt. Die Mehrschicht-Systeme wurden in Mesa-Geometrie mit lithographischen Methoden strukturiert. Eine maximal Jullière Spinpolarisation von 54% wurde an Tunnelkontakte mit epitaktischen CCFA Schichten gemessen. Ein starker Einfluss der Tempernbedingungen auf dem TMR wurde festgestellt. Eine Erhörung des TMR wurde mit einer Verbesserung der Oberflächenordung der CCFA Schichten korreliert. Spektroskopische Messungen wurden an den MTJs durchgeführt. Diesen Messungen liefern Hinweise auf inelastische Elektron-Magnon und Elektron-Phonon Stossprozesse an den Grenzflächen. Einige der beobachteten Strukturen konnten mit der berechneten elektronischen Struktur von CCFA korreliert worden.