Gamma oscillations in V1 are correlated with GABAA receptor density: A multi-modal MEG and Flumazenil-PET study.

High-frequency oscillations in the gamma-band reflect rhythmic synchronization of spike timing in active neural networks. The modulation of gamma oscillations is a widely established mechanism in a variety of neurobiological processes, yet its neurochemical basis is not fully understood. Modeling, in-vitro and in-vivo animal studies suggest that gamma oscillation properties depend on GABAergic inhibition. In humans, search for evidence linking total GABA concentration to gamma oscillations has led to promising -but also to partly diverging- observations. Here, we provide the first evidence of a direct relationship between the density of GABAA receptors and gamma oscillatory gamma responses in human primary visual cortex (V1). By combining Flumazenil-PET (to measure resting-levels of GABAA receptor density) and MEG (to measure visually-induced gamma oscillations), we found that GABAA receptor densities correlated positively with the frequency and negatively with amplitude of visually-induced gamma oscillations in V1. Our findings demonstrate that gamma-band response profiles of primary visual cortex across healthy individuals are shaped by GABAA-receptor-mediated inhibitory neurotransmission. These results bridge the gap with in-vitro and animal studies and may have future clinical implications given that altered GABAergic function, including dysregulation of GABAA receptors, has been related to psychiatric disorders including schizophrenia and depression.

Quantum Hall effect in 2 dimensional GaInAs structure

Transport properties of GaAs / δ – Mn / GaAs / InxGa1-xAs / GaAs structure with Mn δ – layer, which is separated from InxGa1-xAs quantum well (QW) by 3 nm thick GaAs spacer was investigated. This structure with high mobility was characterized by X-ray difractometry and reflectometry. Transport and electrical properties of the structure were measured by using Pulsed Magnetic Field System (PMFS). During investigation of the Shubnikov – de Haas and the Hall effects the main parameters of QW structure such as cyclotron mass, Fermi level, g – factor, Dingle temperature and concentration of holes were estimated. Obtained results show high quality of the prepared structure. However, anomalous Hall effect at temperatures 2.09 K, 3 K, 4.2 K is not clearly observed. Attempts to identify magnetic moment were made. For this purpose the polarity of the filed was changed to the opposite at each shot. As a result hysteresis loop was not observed in the magnetic field dependences of the anomalous Hall resistivity.This can be attributed to the imperfection of the experimental setup.

Galvanomagnetic effects in InGaAs nanostructure

Investigation of galvanomagnetic effects in nanostructure GaAs/Mn/GaAs/In0.15Ga0.85As/ GaAs is presented. This nanostructure is classified as diluted magnetic semiconductor (DMS). Temperature dependence of transverse magnetoresistivity of the sample was studied. The anomalous Hall effect was detected and subtracted from the total Hall component. Special attention was paid to the measurements of Shubnikov-de Haas oscillations, which exists only in the case of magnetic field aligned perpendicularly to the plane of the sample. This confirms two-dimensional character of the hole energy spectrum in the quantum well. Such important characteristics as cyclotron mass, the Fermi energy and the Dingle temperature were calculated, using experimental data of Shubnikov-de Haas oscillations. The hole concentration and hole mobility in the quantum well also were estimated for the sample. At 4.2 K spin splitting of the maxima of transverse resistivity was observed and g-factor was calculated for that case. The values of the Dingle temperatures were obtained by two different approaches. From the comparison of these values it was concluded that the broadening of Landau levels in the investigated structure is mainly defined by the scattering of charge carriers on the defects of the crystal lattice

Studies of Solar Activity with Emphasis on Quasi-Periodic Oscillations

In this thesis mainly long quasi-periodic solar oscillations in various solar atmospheric structures are discussed, based on data obtained at several wavelengths, focussing, however, mainly on radio frequencies. Sunspot (Articles II and III) and quiet Sun area (QSA) (Article I) oscillations are investigated along with quasi-periodic pulsations (QPP) in a flaring event with wide-range radio spectra (Article IV). Various oscillation periods are detected; 3–15, 35–70 and 90 minutes (QSA), 10-60 and 80-130 minutes (in sunspots at various radio frequencies), 3-5, 10-23, 220-240, 340 and 470 minutes (in sunspots at photosphere) and 8-12 and 15-17 seconds (in a solar flare at radio frequencies). Some of the oscillation periods are detected for the first time, while some of them have been confirmed earlier by other research groups. Solar oscillations can provide more information on the nature of various solar structures. This thesis presents the physical mechanisms of some solar structure oscillations. Two different theoretical approaches are chosen; magnetohydrodynamics (MHD) and the shallow sunspot model. These two theories can explain a wide range of solar oscillations from a few seconds up to some hours. Various wave modes in loop structures cause solar oscillations (<45 minutes) both in sunspots and quiet Sun areas. Periods lasting more than 45 minutes in the sunspots (and a fraction of the shorter periods) are related to sunspot oscillations as a whole. Sometimes similar oscillation periods are detected both in sunspot area variations and respectively in magnetic field strength changes. This result supports a concept that these oscillations are related to sunspot oscillations as a whole. In addition, a theory behind QPPs at radio frequencies in solar flares is presented. The thesis also covers solar instrumentation and data sources. Additionally, the data processing methods are presented. As the majority of the investigations in this thesis focus on radio frequencies, also the most typical radio emission mechanisms are presented. The main structures of the Sun, which are related to solar oscillations, are also presented. Two separate projects are included in this thesis. Solar cyclicity is studied using the extensively large solar radio map archieve from Metsähovi Radio Observatory (MRO) at 37 GHz, between 1978 and 2011 (Article V) covering two full solar cycles. Also, some new solar instrumentation (Article VI) was developed during this thesis.

Multiple scales analysis of nonlinear oscillations of a portal frame foundation for several machines

An analytical study of the nonlinear vibrations of a multiple machines portal frame foundation is presented. Two unbalanced rotating machines are considered, none of them resonant with the lower natural frequencies of the supporting structure. Their combined frequencies is set in such a way as to excite, due to nonlinear behavior of the frame, either the first anti-symmetrical mode (sway) or the first symmetrical mode. The physical and geometrical characteristics of the frame are chosen to tune the natural frequencies of these two modes into a 1:2 internal resonance. The problem is reduced to a two degrees of freedom model and its nonlinear equations of motions are derived via a Lagrangian approach. Asymptotic perturbation solutions of these equations are obtained via the Multiple Scales Method.

Outward potassium current oscillations in macrophage polykaryons: extracellular calcium entry and calcium-induced calcium release

Outward current oscillations associated with transient membrane hyperpolarizations were induced in murine macrophage polykaryons by membrane depolarization in the absence of external Na+. Oscillations corresponded to a cyclic activation of Ca2+-dependent K+ currents (IKCa) probably correlated with variations in intracellular Ca2+ concentration. Addition of external Na+ (8 mM) immediately abolished the outward current oscillations, suggesting that the absence of the cation is necessary not only for their induction but also for their maintenance. Oscillations were completely blocked by nisoldipine. Ruthenium red and ryanodine reduced the number of outward current cycles in each episode, whereas quercetin prolonged the hyperpolarization 2- to 15-fold. Neither low molecular weight heparin nor the absence of a Na+ gradient across the membrane had any influence on oscillations. The evidence suggests that Ca2+ entry through a pathway sensitive to Ca2+ channel blockers is elicited by membrane depolarization in Na+-free medium and is essential to initiate oscillations, which are also dependent on the cyclic release of Ca2+ from intracellular Ca2+-sensitive stores; Ca2+ ATPase acts by reducing intracellular Ca2+, thus allowing slow deactivation of IKCa. Evidence is presented that neither a Na+/Ca2+ antiporter nor Ca2+ release from IP3-sensitive Ca2+ stores participate directly in the mechanism of oscillation

Study of colossal magnetoresistance and pressure effects in La2/3Ca1/3MnO2 thin films /

The main purpose of this thesis is to study properties of La2/3Cai/3Mn03, both polycrystalline ceramics and thin films. This material has striking related electrical and magnetic properties. Thin films show colossal negative magnetoresistance (CMR) near transition from an insulating to a metallic state accompanied closely by transition from a paramagnetic to a ferromagnetic state. The double exchange mechanism (DE) and the Jahn-Teller deformations play an important role in CMR effect. Applied pressure has a very similar effect as does an applied magnetic field, except, at low temperatures (Tmagnetoresistance Ap/p(H) of over 400% at 245°C and 4200% at 90 K.

Analyse de l’activité en ondes lentes et des oscillations lentes précédant le somnambulisme

Diverses études se sont penchées sur les paramètres EEG du sommeil en ondes lentes, y compris l’activité en ondes lentes en lien avec le somnambulisme, mais les résultats se révèlent inconsistants et contradictoires. Le premier objectif de la présente étude était d’analyser quantitativement l’EEG en sommeil en mesurant les fluctuations de puissance spectrale en delta (1-4 Hz) et delta lent (0.5-1 Hz) avant des épisodes de somnambulisme. Le second était de détecter les oscillations lentes (> 75 μV, fréquence d'environ 0.7-0.8 Hz) et très lentes (> 140 μV, fréquence d'environ 0.7-0.8 Hz) afin d'examiner leur changement d'amplitude et de densité avant de tels épisodes. Suite à une privation de sommeil de 25 heures, les enregistrements polysomnographiques de 22 adultes atteints de somnambulisme ont été scrutés. L’analyse des 200 secondes avant les épisodes révèle que ceux-ci ne sont pas précédés d’une augmentation graduelle de puissance spectrale en delta ni en delta lent, tant sur les dérivations frontale, centrale que pariétale. Toutefois, une hausse statistiquement significative de la densité des oscillations lentes et des oscillations très lentes a été observée au cours des 20 sec immédiatement avant le début des épisodes. Reste à déterminer le rôle exact de ces paramètres de l’EEG en sommeil par rapport à la manifestation et au diagnostic des parasomnies en sommeil lent.

Les oscillations torsionnelles dans la zone de convection solaire

Nous analysons les oscillations torsionnelles se développant dans une simulation magnétohydrodynamique de la zone de convection solaire produisant des champs magnétiques de type solaire (champs axisymétriques subissant des inversions de polarités régulières sur des échelles temporelles décadaires). Puisque ces oscillations sont également similaires à celles observées dans le Soleil, nous analysons les dynamiques zonales aux grandes échelles. Nous séparons donc les termes aux grandes échelles (force de Coriolis exercée sur la circulation méridienne et les champs magnétiques aux grandes échelles) de ceux aux petites échelles (les stress de Reynolds et de Maxwell). En comparant les flux de moments cinétiques entre chacune des composantes, nous nous apercevons que les oscillations torsionnelles sont maintenues par l’écoulement méridien aux grandes échelles, lui même modulé par les champs magnétiques. Une analyse d’échange d’énergie confirme ce résultat, puisqu’elle montre que seul le terme comprenant la force de Coriolis injecte de l’énergie dans l’écoulement. Une analyse de la dynamique rotationnelle ayant lieu à la limite de la zone stable et de la zone de convection démontre que celle-ci est fortement modifiée lors du passage de la base des couches convectives à la base de la fine tachocline s’y formant juste en-dessous. Nous concluons par une discussion au niveau du mécanisme de saturation en amplitude dans la dynamo s’opérant dans la simulation ainsi que de la possibilité d’utiliser les oscillations torsionnelles comme précurseurs aux cycles solaires à venir.

Impacts de l'âge et du sexe sur l'amplitude et la densité des oscillations lentes en sommeil

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Étude numérique des origines hémodynamiques des oscillations dans des réseaux de capillaires

En simulant l’écoulement du sang dans un réseau de capillaires (en l’absence de contrôle biologique), il est possible d’observer la présence d’oscillations de certains paramètres comme le débit volumique, la pression et l’hématocrite (volume des globules rouges par rapport au volume du sang total). Ce comportement semble être en concordance avec certaines expériences in vivo. Malgré cet accord, il faut se demander si les fluctuations observées lors des simulations de l’écoulement sont physiques, numériques ou un artefact de modèles irréalistes puisqu’il existe toujours des différences entre des modélisations et des expériences in vivo. Pour répondre à cette question de façon satisfaisante, nous étudierons et analyserons l’écoulement du sang ainsi que la nature des oscillations observées dans quelques réseaux de capillaires utilisant un modèle convectif et un modèle moyenné pour décrire les équations de conservation de masse des globules rouges. Ces modèles tiennent compte de deux effets rhéologiques importants : l’effet Fåhraeus-Lindqvist décrivant la viscosité apparente dans un vaisseau et l’effet de séparation de phase schématisant la distribution des globules rouges aux points de bifurcation. Pour décrire ce dernier effet, deux lois de séparation de phase (les lois de Pries et al. et de Fenton et al.) seront étudiées et comparées. Dans ce mémoire, nous présenterons une description du problème physiologique (rhéologie du sang). Nous montrerons les modèles mathématiques employés (moyenné et convectif) ainsi que les lois de séparation de phase (Pries et al. et Fenton et al.) accompagnés d’une analyse des schémas numériques implémentés. Pour le modèle moyenné, nous employons le schéma numérique explicite traditionnel d’Euler ainsi qu’un nouveau schéma implicite qui permet de résoudre ce problème d’une manière efficace. Ceci est fait en utilisant une méthode de Newton- Krylov avec gradient conjugué préconditionné et la méthode de GMRES pour les itérations intérieures ainsi qu’une méthode quasi-Newton (la méthode de Broyden). Cette méthode inclura le schéma implicite d’Euler et la méthode des trapèzes. Pour le schéma convectif, la méthode explicite de Kiani et al. sera implémentée ainsi qu’une nouvelle approche implicite. La stabilité des deux modèles sera également explorée. À l’aide de trois différentes topologies, nous comparerons les résultats de ces deux modèles mathématiques ainsi que les lois de séparation de phase afin de déterminer dans quelle mesure les oscillations observées peuvent être attribuables au choix des modèles mathématiques ou au choix des méthodes numériques.

Analyse de l'activité en ondes lentes et des oscillations lentes chez les somnambules

Le somnambulisme est une parasomnie commune, caractérisée par des éveils incomplets lors des stades de sommeil lent, au cours desquels les individus atteints présentent des comportements moteurs d’une complexité variable accompagnés de confusion et d’un jugement altéré. La littérature actuelle suggère que ce trouble serait associé à des particularités de l’activité en ondes lentes et des oscillations lentes, deux indices de l’intégrité du processus homéostatique et de la profondeur du sommeil. Toutefois, en raison de certaines lacunes méthodologiques dans les études existantes, le rôle de ces marqueurs électroencéphalographiques dans la pathophysiologie du somnambulisme reste à éclaircir. Notre premier article a donc investigué d’éventuelles anomalies de l’activité en ondes lentes et des oscillations lentes chez les somnambules, en comparant leur sommeil au cours de la nuit entière à celui de participants contrôles. De plus, comme les somnambules semblent réagir différemment (en termes de fragmentation du sommeil notamment) des dormeurs normaux à une pression homéostatique accrue, nous avons comparé l’activité en ondes lentes et les oscillations lentes en nuit de base et suite à une privation de sommeil de 38 heures. Les résultats de nos enregistrements électroencéphalographiques chez 10 somnambules adultes et neuf participants contrôles montrent une élévation de la puissance spectrale de l’activité en ondes lentes et de la densité des oscillations lentes en nuit de récupération par rapport à la nuit de base pour nos deux groupes. Toutefois, contrairement à plusieurs études précédentes, nous ne n’observons pas de différence entre somnambules et dormeurs normaux quant à l’activité en ondes lentes et aux oscillations lentes pour aucune des deux nuits. Au-delà ce certaines considérations méthodologiques ayant pu contribuer à ce résultat inattendu, nous croyons qu’il justifie un questionnement sur l’hétérogénéité des somnambules comme population. Notre deuxième article s’est penché sur les facteurs électroencéphalographiques transitoires susceptibles d’être associés au déclenchement des épisodes de somnambulisme. Nous avons comparé les fluctuations d’activité en ondes lentes et des oscillations lentes dans les minutes avant des épisodes de somnambulisme spontanés (c.a.d.: non associés à un stimulus identifiable) à celles survenant avant des éveils normaux comparables chez 12 somnambules adultes. Nous montrons que, comparativement aux éveils normaux, les épisodes de somnambulisme sont précédés d’un sommeil plus profond, tel qu’indiqué par une plus grande densité spectrale de l’activité en ondes lentes et une plus grande densité des oscillations lentes. Cet approfondissement du sommeil, spécifique aux épisodes de somnambulisme, semble survenir sur un laps de temps relativement long (>3 minutes), et non abruptement au cours des secondes précédant l’épisode. Ces données ouvrent un questionnement quant aux mécanismes en jeu dans la survenue des épisodes de somnambulisme spontanés. Globalement, cette thèse suggère que des phénomènes liés à l’activité en ondes lentes et aux oscillations lentes seraient liés au déclenchement des épisodes de somnambulisme, mais que des études supplémentaires devront être menées afin de délimiter le rôle précis que ces marqueurs jouent dans la pathophysiologie du somnambulisme.

Magnetoresistance at artificial interfaces in the itinerant SrRuO3 ferromagnet

The magnetoresistance across interfaces in the itinerant ferromagnetic oxide SrRuO3 have been studied. To define appropriately the interfaces, epitaxial thin films have been grown on bicrystalline and laser-patterned SrTiO3 substrates. Comparison is made with results obtained on similar experiments using the double-exchange ferromagnetic oxide La2/3Sr1/3MnO3. It is found that in SrRuO3, interfaces induce a substantial negative magnetoresistance, although no traces of the low-field spin tunneling magnetoresistance are found. We discuss these results on the basis of the distinct degree of spin polarization in ruthenates and manganites and the different nature of the surface magnetic layer formed at interfaces.