Étude intracrânienne sur les mécanismes cérébraux permettant la reconnaissance d’objets

La reconnaissance d’objets est une tâche complexe au cours de laquelle le cerveau doit assembler de manière cohérente tous les éléments d’un objet accessible à l’œil afin de le reconnaître. La construction d’une représentation corticale de l’objet se fait selon un processus appelé « bottom-up », impliquant notamment les régions occipitales et temporales. Un mécanisme « top-down » au niveau des régions pariétales et frontales, facilite la reconnaissance en suggérant des identités potentielles de l’objet à reconnaître. Cependant, le mode de fonctionnement de ces mécanismes est peu connu. Plusieurs études ont démontré une activité gamma induite au moment de la perception cohérente de stimuli, lui conférant ainsi un rôle important dans la reconnaissance d’objets. Cependant, ces études ont utilisé des techniques d’enregistrement peu précises ainsi que des stimuli répétitifs. La première étude de cette thèse vise à décrire la dynamique spatio-temporelle de l’activité gamma induite à l’aide de l’électroencéphalographie intracrânienne, une technique qui possède des résolutions spatiales et temporelles des plus précises. Une tâche d’images fragmentées a été conçue dans le but de décrire l’activité gamma induite selon différents niveaux de reconnaissance, tout en évitant la répétition de stimuli déjà reconnus. Afin de mieux circonscrire les mécanismes « top-down », la tâche a été répétée après un délai de 24 heures. Les résultats démontrent une puissante activité gamma induite au moment de la reconnaissance dans les régions « bottom-up ». Quant aux mécanismes « top-down », l’activité était plus importante aux régions occipitopariétales. Après 24 heures, l’activité était davantage puissante aux régions frontales, suggérant une adaptation des procédés « top-down » selon les demandes de la tâche. Très peu d’études se sont intéressées au rythme alpha dans la reconnaissance d’objets, malgré qu’il soit bien reconnu pour son rôle dans l’attention, la mémoire et la communication des régions neuronales distantes. La seconde étude de cette thèse vise donc à décrire plus précisément l’implication du rythme alpha dans la reconnaissance d’objets en utilisant les techniques et tâches identiques à la première étude. Les analyses révèlent une puissante activité alpha se propageant des régions postérieures aux régions antérieures, non spécifique à la reconnaissance. Une synchronisation de la phase de l’alpha était, quant à elle, observable qu’au moment de la reconnaissance. Après 24 heures, un patron similaire était observable, mais l’amplitude de l’activité augmentait au niveau frontal et les synchronies de la phase étaient davantage distribuées. Le rythme alpha semble donc refléter des processus attentionnels et communicationnels dans la reconnaissance d’objets. En conclusion, cette thèse a permis de décrire avec précision la dynamique spatio-temporelle de l’activité gamma induite et du rythme alpha ainsi que d’en apprendre davantage sur les rôles potentiels que ces deux rythmes occupent dans la reconnaissance d’objets.

Limited sampling strategies for estimation of cyclosporine exposure in pediatric hematopoietic stem cell transplant recipients : methodological improvement and introduction of sampling time deviation analysis.

Le suivi thérapeutique est recommandé pour l’ajustement de la dose des agents immunosuppresseurs. La pertinence de l’utilisation de la surface sous la courbe (SSC) comme biomarqueur dans l’exercice du suivi thérapeutique de la cyclosporine (CsA) dans la transplantation des cellules souches hématopoïétiques est soutenue par un nombre croissant d’études. Cependant, pour des raisons intrinsèques à la méthode de calcul de la SSC, son utilisation en milieu clinique n’est pas pratique. Les stratégies d’échantillonnage limitées, basées sur des approches de régression (R-LSS) ou des approches Bayésiennes (B-LSS), représentent des alternatives pratiques pour une estimation satisfaisante de la SSC. Cependant, pour une application efficace de ces méthodologies, leur conception doit accommoder la réalité clinique, notamment en requérant un nombre minimal de concentrations échelonnées sur une courte durée d’échantillonnage. De plus, une attention particulière devrait être accordée à assurer leur développement et validation adéquates. Il est aussi important de mentionner que l’irrégularité dans le temps de la collecte des échantillons sanguins peut avoir un impact non-négligeable sur la performance prédictive des R-LSS. Or, à ce jour, cet impact n’a fait l’objet d’aucune étude. Cette thèse de doctorat se penche sur ces problématiques afin de permettre une estimation précise et pratique de la SSC. Ces études ont été effectuées dans le cadre de l’utilisation de la CsA chez des patients pédiatriques ayant subi une greffe de cellules souches hématopoïétiques. D’abord, des approches de régression multiple ainsi que d’analyse pharmacocinétique de population (Pop-PK) ont été utilisées de façon constructive afin de développer et de valider adéquatement des LSS. Ensuite, plusieurs modèles Pop-PK ont été évalués, tout en gardant à l’esprit leur utilisation prévue dans le contexte de l’estimation de la SSC. Aussi, la performance des B-LSS ciblant différentes versions de SSC a également été étudiée. Enfin, l’impact des écarts entre les temps d’échantillonnage sanguins réels et les temps nominaux planifiés, sur la performance de prédiction des R-LSS a été quantifié en utilisant une approche de simulation qui considère des scénarios diversifiés et réalistes représentant des erreurs potentielles dans la cédule des échantillons sanguins. Ainsi, cette étude a d’abord conduit au développement de R-LSS et B-LSS ayant une performance clinique satisfaisante, et qui sont pratiques puisqu’elles impliquent 4 points d’échantillonnage ou moins obtenus dans les 4 heures post-dose. Une fois l’analyse Pop-PK effectuée, un modèle structural à deux compartiments avec un temps de délai a été retenu. Cependant, le modèle final - notamment avec covariables - n’a pas amélioré la performance des B-LSS comparativement aux modèles structuraux (sans covariables). En outre, nous avons démontré que les B-LSS exhibent une meilleure performance pour la SSC dérivée des concentrations simulées qui excluent les erreurs résiduelles, que nous avons nommée « underlying AUC », comparée à la SSC observée qui est directement calculée à partir des concentrations mesurées. Enfin, nos résultats ont prouvé que l’irrégularité des temps de la collecte des échantillons sanguins a un impact important sur la performance prédictive des R-LSS; cet impact est en fonction du nombre des échantillons requis, mais encore davantage en fonction de la durée du processus d’échantillonnage impliqué. Nous avons aussi mis en évidence que les erreurs d’échantillonnage commises aux moments où la concentration change rapidement sont celles qui affectent le plus le pouvoir prédictif des R-LSS. Plus intéressant, nous avons mis en exergue que même si différentes R-LSS peuvent avoir des performances similaires lorsque basées sur des temps nominaux, leurs tolérances aux erreurs des temps d’échantillonnage peuvent largement différer. En fait, une considération adéquate de l'impact de ces erreurs peut conduire à une sélection et une utilisation plus fiables des R-LSS. Par une investigation approfondie de différents aspects sous-jacents aux stratégies d’échantillonnages limités, cette thèse a pu fournir des améliorations méthodologiques notables, et proposer de nouvelles voies pour assurer leur utilisation de façon fiable et informée, tout en favorisant leur adéquation à la pratique clinique.

Time Resolved Analysis of C2 Emission from Laser Induced Graphite Plasma in Helium Atmosphere

We report time resolved study of C2 emission from laser produced carbon plasma in presence of ambient helium gas. The 1.06µm: radiation from a Nd:YAG laser was focused onto a graphite target where it·produced a transient plasma. We observed double peak structure in the time profile of C2 species. The twin peaks were observed only after a threshold laser fluence. It is proposed that the faster velocity component in the temporal profiles originates mainly due to recombination processes. The laser fluence and ambient gas dependence of the double peak intensity distribution is also reported.

Spatial and time resolved analysis of CN bands in the laser induced plasma from graphite

Analysis of the emission bands of the CN molecules in the plasma generated from a graphite target irradiated with 1-06/~m radiation pulses from a Q-switched Nd:YAG laser has been done. Depending on the position of the sampled volume of the plasma plume, the intensity distribution in the emission spectra is found to change drastically. The vibrational temperature and population distribution in the different vibrational levels have been studied as function of distance from the target for different time delays with respect to the incidence of the laser pulse. The translational temperature calculated from time of flight is found to be higher than the observed vibrational temperature for CN molecules and the reason for this is explained.

Development of Time - Frequency Techniques for Sonar Applications

Sonar signal processing comprises of a large number of signal processing algorithms for implementing functions such as Target Detection, Localisation, Classification, Tracking and Parameter estimation. Current implementations of these functions rely on conventional techniques largely based on Fourier Techniques, primarily meant for stationary signals. Interestingly enough, the signals received by the sonar sensors are often non-stationary and hence processing methods capable of handling the non-stationarity will definitely fare better than Fourier transform based methods.Time-frequency methods(TFMs) are known as one of the best DSP tools for nonstationary signal processing, with which one can analyze signals in time and frequency domains simultaneously. But, other than STFT, TFMs have been largely limited to academic research because of the complexity of the algorithms and the limitations of computing power. With the availability of fast processors, many applications of TFMs have been reported in the fields of speech and image processing and biomedical applications, but not many in sonar processing. A structured effort, to fill these lacunae by exploring the potential of TFMs in sonar applications, is the net outcome of this thesis. To this end, four TFMs have been explored in detail viz. Wavelet Transform, Fractional Fourier Transfonn, Wigner Ville Distribution and Ambiguity Function and their potential in implementing five major sonar functions has been demonstrated with very promising results. What has been conclusively brought out in this thesis, is that there is no "one best TFM" for all applications, but there is "one best TFM" for each application. Accordingly, the TFM has to be adapted and tailored in many ways in order to develop specific algorithms for each of the applications.

Multi-site time-trend analysis of soil fertility management effects on crop production in sub-Saharan West Africa

Soil fertility constraints to crop production have been recognized widely as a major obstacle to food security and agro-ecosystem sustainability in sub-Saharan West Africa. As such, they have led to a multitude of research projects and policy debates on how best they should be overcome. Conclusions, based on long-term multi-site experiments, are lacking with respect to a regional assessment of phosphorus and nitrogen fertilizer effects, surface mulched crop residues, and legume rotations on total dry matter of cereals in this region. A mixed model time-trend analysis was used to investigate the effects of four nitrogen and phosphorus rates, annually applied crop residue dry matter at 500 and 2000 kg ha^-1, and cereal-legume rotation versus continuous cereal cropping on the total dry matter of cereals and legumes. The multi-factorial experiment was conducted over four years at eight locations, with annual rainfall ranging from 510 to 1300 mm, in Niger, Burkina Faso, and Togo. With the exception of phosphorus, treatment effects on legume growth were marginal. At most locations, except for typical Sudanian sites with very low base saturation and high rainfall, phosphorus effects on cereal total dry matter were much lower with rock phosphate than with soluble phosphorus, unless the rock phosphate was combined with an annual seed-placement of 4 kg ha^-1 phosphorus. Across all other treatments, nitrogen effects were negligible at 500 mm annual rainfall but at 900 mm, the highest nitrogen rate led to total dry matter increases of up to 77% and, at 1300 mm, to 183%. Mulch-induced increases in cereal total dry matter were larger with lower base saturation, reaching 45% on typical acid sandy Sahelian soils. Legume rotation effects tended to increase over time but were strongly species-dependent.

Multivariate ARIMA Compositional Time Series Analysis

A compositional time series is obtained when a compositional data vector is observed at different points in time. Inherently, then, a compositional time series is a multivariate time series with important constraints on the variables observed at any instance in time. Although this type of data frequently occurs in situations of real practical interest, a trawl through the statistical literature reveals that research in the field is very much in its infancy and that many theoretical and empirical issues still remain to be addressed. Any appropriate statistical methodology for the analysis of compositional time series must take into account the constraints which are not allowed for by the usual statistical techniques available for analysing multivariate time series. One general approach to analyzing compositional time series consists in the application of an initial transform to break the positive and unit sum constraints, followed by the analysis of the transformed time series using multivariate ARIMA models. In this paper we discuss the use of the additive log-ratio, centred log-ratio and isometric log-ratio transforms. We also present results from an empirical study designed to explore how the selection of the initial transform affects subsequent multivariate ARIMA modelling as well as the quality of the forecasts

"Oft expectation fails": a time-series analysis of construction starts in the London office market

Expectations of future market conditions are generally acknowledged to be crucial for the development decision and hence for shaping the built environment. This empirical study of the Central London office market from 1987 to 2009 tests for evidence of adaptive and naive expectations. Applying VAR models and a recursive OLS regression with one-step forecasts, we find evidence of adaptive and naïve, rather than rational expectations of developers. Although the magnitude of the errors and the length of time lags vary over time and development cycles, the results confirm that developers’ decisions are explained to a large extent by contemporaneous and past conditions in both London submarkets. The corollary of this finding is that developers may be able to generate excess profits by exploiting market inefficiencies but this may be hindered in practice by the long periods necessary for planning and construction of the asset. More generally, the results of this study suggest that real estate cycles are largely generated endogenously rather than being the result of unexpected exogenous shocks.

Time complexity analysis of the stochastic diffusion search

The Stochastic Diffusion Search algorithm -an integral part of Stochastic Search Networks is investigated. Stochastic Diffusion Search is an alternative solution for invariant pattern recognition and focus of attention. It has been shown that the algorithm can be modelled as an ergodic, finite state Markov Chain under some non-restrictive assumptions. Sub-linear time complexity for some settings of parameters has been formulated and proved. Some properties of the algorithm are then characterised and numerical examples illustrating some features of the algorithm are presented.

Inhibitory control in memory: evidence for negative priming in free recall

Cognitive control mechanisms—such as inhibition—decrease the likelihood that goal-directed activity is ceded to irrelevant events. Here, we use the action of auditory distraction to show how retrieval from episodic long-term memory is affected by competitor inhibition. Typically, a sequence of to-be-ignored spoken distracters drawn from the same semantic category as a list of visually-presented to-be-recalled items impairs free recall performance. In line with competitor inhibition theory (Anderson, 2003), free recall was worse for items on a probe trial if they were a repeat of distracter items presented during the previous, prime, trial (Experiment 1). This effect was only produced when the distracters were dominant members of the same category as the to-be-recalled items on the prime. For prime trials in which distracters were low-dominant members of the to-be-remembered item category or were unrelated to that category—and hence not strong competitors for retrieval—positive priming was found (Experiments 2 & 3). These results are discussed in terms of inhibitory approaches to negative priming and memory retrieval.

On the time-dependent analysis of Gamow decay

Gamow's explanation of the exponential decay law uses complex 'eigenvalues' and exponentially growing 'eigenfunctions'. This raises the question, how Gamow's description fits into the quantum mechanical description of nature, which is based on real eigenvalues and square integrable wavefunctions. Observing that the time evolution of any wavefunction is given by its expansion in generalized eigenfunctions, we shall answer this question in the most straightforward manner, which at the same time is accessible to graduate students and specialists. Moreover, the presentation can well be used in physics lectures to students.

Decline and recovery of total column ozone using a multimodel time series analysis

Simulations of 15 coupled chemistry climate models, for the period 1960–2100, are presented. The models include a detailed stratosphere, as well as including a realistic representation of the tropospheric climate. The simulations assume a consistent set of changing greenhouse gas concentrations, as well as temporally varying chlorofluorocarbon concentrations in accordance with observations for the past and expectations for the future. The ozone results are analyzed using a nonparametric additive statistical model. Comparisons are made with observations for the recent past, and the recovery of ozone, indicated by a return to 1960 and 1980 values, is investigated as a function of latitude. Although chlorine amounts are simulated to return to 1980 values by about 2050, with only weak latitudinal variations, column ozone amounts recover at different rates due to the influence of greenhouse gas changes. In the tropics, simulated peak ozone amounts occur by about 2050 and thereafter total ozone column declines. Consequently, simulated ozone does not recover to values which existed prior to the early 1980s. The results also show a distinct hemispheric asymmetry, with recovery to 1980 values in the Northern Hemisphere extratropics ahead of the chlorine return by about 20 years. In the Southern Hemisphere midlatitudes, ozone is simulated to return to 1980 levels only 10 years ahead of chlorine. In the Antarctic, annually averaged ozone recovers at about the same rate as chlorine in high latitudes and hence does not return to 1960s values until the last decade of the simulations.