The acquisition of phonology in a dynamical model of human information processing: a preliminary account

The problem of the acquisition of first language phonology is dealt with within the general information-processing perspective. In this sense, language acquisition is viewed as a process of biologically founded pattern formation due to information exchanges between an adult and a child. Moreover, the process is cognitive in that the child, as a goal-seeking and error correcting individual, undertakes an intricate task of compressing a huge variety of linguistic stimuli in order to build an effective information code. It is further assumed that the basic mechanism which leads to the establishment of fully articulate linguistic ability is that of simulation. The mechanism works through a compression of a set of initial variables (i.e. initial conditions) into a minimum length algorithm and a subsequent construction of an integrated system of language-specific attractors. It is only then that the language user is capable of participating in an information transaction in a fully developed manner.

Differential and numerical models of hysteretic systems with stochastic and deterministic inputs

Many deterministic models with hysteresis have been developed in the areas of economics, finance, terrestrial hydrology and biology. These models lack any stochastic element which can often have a strong effect in these areas. In this work stochastically driven closed loop systems with hysteresis type memory are studied. This type of system is presented as a possible stochastic counterpart to deterministic models in the areas of economics, finance, terrestrial hydrology and biology. Some price dynamics models are presented as a motivation for the development of this type of model. Numerical schemes for solving this class of stochastic differential equation are developed in order to examine the prototype models presented. As a means of further testing the developed numerical schemes, numerical examination is made of the behaviour near equilibrium of coupled ordinary differential equations where the time derivative of the Preisach operator is included in one of the equations. A model of two phenotype bacteria is also presented. This model is examined to explore memory effects and related hysteresis effects in the area of biology. The memory effects found in this model are similar to that found in the non-ideal relay. This non-ideal relay type behaviour is used to model a colony of bacteria with multiple switching thresholds. This model contains a Preisach type memory with a variable Preisach weight function. Shown numerically for this multi-threshold model is a pattern formation for the distribution of the phenotypes among the available thresholds.

Block copolymer self-assembly based device structures

This thesis investigated the block copolymer (BCP) thin film characteristics and pattern formation using a set of predetermined molecular weights of PS-b-PMMA and PS-b-PDMS. Post BCP pattern fabrication on the required base substrate a dry plasma etch process was utilised for successful pattern transfer of the BCP resist onto underlying substrate. The resultant sub-10 nm device features were used in front end of line (FEoL) fabrication of active device components in integrated circuits (IC). The potential use of BCP templates were further extended to metal and metal-oxide nanowire fabrication. These nanowires were further investigated in real-time applications as novel sensors and supercapacitors.

Development of block copolymer lithography for device structure fabrication

This thesis investigated well-ordered block copolymer (BCP) thin film characteristics and their use for nanoscale pattern formation using a series of polystyrene-block-polymethylmethacrylate (PS-b-PMMA), polystyrene-blockpolydimethylsiloxane (PS-b-PDMS) and polystyrene-block-poly(ethylene oxide) (PS-b-PEO) systems of various molecular weights. BCP thin films, which act as an ‘on-chip’ etch mask and material templates, are highly promising self-assembling process for future scalable nanolithography. Unlike conventional BCP processing methods, the work in this thesis demonstrates that well-ordered patterns can be achieved in a few seconds compared to several hours by use of a non-conventional microwave assisted technique. As a result, well-ordered BCP nanoscale structures can be developed in industry appropriate periods facilitating their incorporation into current technologies. An optimised and controlled plasma dry etch process was used for successful pattern transfer to the underlying silicon substrate. Long range ordered BCP templates were further modified by selective metal inclusion technique to form a hard mask template towards fabrication of high aspect ratio nanopillars and nanowires. The work described here is centred on how these templates might be used to generate function at substrate surfaces. Herein we describe a number of innovations which might allow their successful uptake in a number of applications.

Interactions spatiales et auto-organisation des végétations semi-arides

Les recherches récapitulées dans cette thèse de doctorat ont porté sur les causes de l’organisation spatiale des végétations périodiques. Ces structures paysagères aux motifs réguliers, tachetés, tigrés ou labyrinthiques, d’échelle décamétrique à hectométrique, couvrant des étendues considérables sur au moins trois continents, constituent un cas d’école dans l’étude des processus endogènes présidant à l’hétérogénéité du couvert végétal. Ces structures prennent place sur un substrat homogène, mis à part la rétroaction du couvert lui-même, et sont marquées par des écotones abrupts et la persistance d’une proportion considérable de sol nu. Plusieurs modèles ont mis en avant l’existence possible d’un phénomène d’auto-organisation du couvert, qui verrait une structure d’ensemble émerger des interactions locales entre individus. Ces modèles se basent sur le jeu simultané de la consommation de la ressource (compétition) et de l’amélioration de l’un ou l’autre des éléments du bilan de la même ressource par le couvert (facilitation). La condition à l’existence d’une structure d’ensemble spatialement périodique et stable réside dans une différence entre la portée de la compétition (plus grande) et celle de la facilitation. L’apparition de ces structures est modulée par le taux de croissance biologique, qui est le reflet des contraintes extérieures telles que l’aridité, le pâturage ou la coupe de bois. Le modus operandi des interactions spatiales supposées entre individus reste largement à préciser.

Nos recherches ont été menées au sud-ouest de la République du Niger, à l’intérieur et dans les environs du parc Régional du W. Trois axes ont été explorés :(i) Une étude de la dépendance spatiale entre la structure de la végétation (biovolumes cartographiés) et les paramètres du milieu abiotique (relief, sol), sur base d’analyses spectrales et cross-spectrales par transformée de Fourier (1D et 2D). (ii) Une étude diachronique (1956, 1975 et 1996) à large échelle (3000 km²) de l’influence de l’aridité et des pressions d’origine anthropique sur l’auto-organisation des végétations périodiques, basée sur la caractérisation de la structure spatiale des paysages sur photos aériennes via la transformée de Fourier en 2D. (iii) Trois études portant sur les interactions spatiales entre individus :En premier lieu, via l’excavation des systèmes racinaires (air pulsé) ;Ensuite, par un suivi spatio-temporel du bilan hydrique du sol (blocs de gypse) ;Enfin, via le marquage de la ressource par du deutérium.

Nous avons ainsi pu établir que les végétations périodiques constituent bien un mode d’auto-organisation pouvant survenir sur substrat homogène et modulé par les contraintes climatiques et anthropiques. Un ajustement rapide entre l’organisation des végétations périodiques et le climat a pu être montrée en zone protégée. La superficie et l’organisation des végétations périodiques y ont tour à tour progressé et régressé en fonction d’épisodes secs ou humides. Par contre, en dehors de l’aire protégée, la possibilité d’une restauration du couvert semble fortement liée au taux d’exploitation des ressources végétales. Ces résultats ont d’importantes implications quant à la compréhension des interactions entre climat et écosystèmes et à l’évaluation de leurs capacités de charge. La caractérisation de la structure spatiale des végétations arides, notamment par la transformée de Fourier d’images HR, devrait être généralisée comme outil de monitoring de l’état de ces écosystèmes. Nos études portant sur les modes d’interactions spatiales ont permis de confirmer l’existence d’une facilitation à courte portée du couvert végétal sur la ressource. Cependant, cette facilitation ne semble pas s’exercer sur le terme du bilan hydrique traditionnellement avancé, à savoir l’infiltration, mais plutôt sur le taux d’évaporation (deux fois moindre à l’ombre des canopées). Ce mécanisme exclut l’existence de transferts diffusifs souterrains entre sols nu et fourrés. Des transferts inverses semblent d’ailleurs montrés par le marquage isotopique. L’étude du bilan hydrique et la cartographie du micro-relief, ainsi que la profondeur fortement réduite de la zone d’exploitation racinaire, jettent de sérieux doutes quant au rôle communément admis des transferts d’eau par ruissellement/diffusion de surface en tant que processus clé dans la compétition à distance entre les plantes. L’alternative réside dans l’existence d’une compétition racinaire de portée supérieure aux canopées. Cette hypothèse trouve une confirmation tant par les rhizosphères excavées, superficielles et étendues, que dans le marquage isotopique, montrant des contaminations d’arbustes situés à plus de 15 m de la zone d’apport. De même, l’étude du bilan hydrique met en évidence les influences simultanées et contradictoires (facilitation/compétition) des ligneux sur l’évapotranspiration.

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This PhD thesis gathers results of a research dealing with the causes of the spatial organisation of periodic vegetations. These landscape structures, featuring regular spotted, labyrinthine or banded patterns of decametric to hectometric scale, and extending over considerable areas on at least three continents, constitute a perfect study case to approach endogenous processes leading to vegetation heterogeneities. These patterns occur over homogeneous substratum, except for vegetation’s own feedbacks, and are marked by sharp ecotones and the persistence of a considerable amount of bare soil. A number of models suggested a possible case of self-organized patterning, in which the general structure would emerge from local interactions between individuals. Those models rest on the interplay of competitive and facilitative effects, relating to soil water consumption and to soil water budget enhancement by vegetation. A general necessary condition for pattern formation to occur is that negative interactions (competition) have a larger range than positive interactions (facilitation). Moreover, all models agree with the idea that patterning occurs when vegetation growth decreases, for instance as a result of reduced water availability, domestic grazing or wood cutting, therefore viewing patterns as a self-organised response to environmental constraints. However the modus operandi of the spatial interactions between individual plants remains largely to be specified.

We carried out a field research in South-West Niger, within and around the W Regional Park. Three research lines were explored: (i) The study of the spatial dependency between the vegetation pattern (mapped biovolumes) and the factors of the abiotic environment (soil, relief), on the basis of spectral and cross-spectral analyses with Fourier transform (1D and 2D). (ii) A broad scale diachronic study (1956, 1975, 1996) of the influence of aridity and human induced pressures on the vegetation self-patterning, based on the characterisation of patterns on high resolution remote sensing data via 2D Fourier transform. (iii) Three different approaches of the spatial interactions between individuals: via root systems excavation with pulsed air; via the monitoring in space and time of the soil water budget (gypsum blocks method); and via water resource labelling with deuterated water.

We could establish that periodic vegetations are indeed the result of a self-organisation process, occurring in homogeneous substratum conditions and modulated by climate and human constraints. A rapid adjustment between vegetation patterning and climate could be observed in protected zones. The area and patterning of the periodic vegetations successively progressed and regressed, following drier or wetter climate conditions. On the other hand, outside protected areas, the restoration ability of vegetation appeared to depend on the degree of vegetation resource exploitation. These results have important implications regarding the study of vegetation-climate interactions and the evaluation of ecosystems’ carrying capacities. Spatial pattern characterisation in arid vegetations using Fourier transform of HR remote sensing data should be generalised for the monitoring of those ecosystems. Our studies dealing with spatial interaction mechanisms confirmed the existence of a short range facilitation of the cover on water resource. However, this facilitation does not seem to act through the commonly accepted infiltration component, but rather on the evaporative rate (twice less within thickets). This mechanism excludes underground diffusive transfers between bare ground and vegetation. Inverse transfers were even shown by deuterium labelling. Water budget study and micro-elevation mapping, along with consistent soil shallowness, together cast serious doubts on the traditional mechanism of run-off/diffusion of surface water as a key process of the long range competition between plants. An alternative explanation lies in long range root competition. This hypothesis find support as well in the excavated root systems, shallow and wide, as in isotopic labelling, showing contaminations of shrubs located up to 15 m of the irrigated area. Water budget study also evidenced simultaneous contradictory effects (facilitation/competition) of shrubs on evapotranspiration.

Liquid-Liquid Flow in a Capillary Microreactor: Hydrodynamic Flow Patterns and Extraction Performance

The capillary micro reactor, with four stable operating flow patterns and a throughput range from grams per hour to kilograms per hour, presents an attractive alternative to chip-based and microstructured reactors for laboratory- and pilot-scale applications. In this article, results for the extraction of 2-butanol from toluene under different flow patterns in a water/toluene flow in long capillary microreactors are presented. The effects of the capillary length (0.4-2.2 m), flow rate (0.1-12 mL/min), and aqueous-to-organic volumetric flow ratio (0.25-9) on the slug, bubbly, parallel, and annular flow hydrodynamics were investigated. Weber-number-dependent flow maps were composed for capillary lengths of 0.4 and 2 m that were used to interpret the flow pattern formation in terms of surface tension and inertia forces. When the capillary length was decreased from 2 to 0.4 m, a transition from annular to parallel flow was observed. The capillary length had little influence on slug and bubbly flows. The flow patterns were evaluated in terms of stability, surface-to-volume ratio, throughput, and extraction efficiency. Slug and bubbly flow operations yielded 100% thermodynamic extraction efficiency, and increasing the aqueous-to-organic volumetric ratio to 9 allowed for 99% 2-butanol extraction. The parallel and annular flow operating windows were limited by the capillary length, thus yielding maximum 2-butanol extractions of 30% and 47% for parallel and annular flows, respectively.

Development of the nervous system in Dugesia tigrina during regeneration after fission and decapitation

In the present study of Dugesia tigrina the development of the nervous system is followed and compared during regeneration after fission and after decapitation. Immunocytochemistry was used, with antisera raised against the biogenic amine, 5-hydroxytryptamine (5-HT) and the two neuropeptides, neuropeptide F (NPF), and FMRF amide. The results indicate that two processes are involved in the formation of the new cerebral ganglion. First, new processes sprouting from the original main longitudinal nerve cords bend transversely, indicating the position of the developing horseshoe-shaped anterior cerebral commissure. Then new nerve cells in front of the commissure differentiate from neoblasts and their growth cones fasciculate with the fibres from the old main longitudinal nerve cords. In the cerebral ganglion, 5-HT-IR cells appear before NPF-IR cells, in contrast to the pharynx where NPF-IR cells differentiate before the 5-HT-IR cells. In the peripheral nervous system, NPF-IR fibres and cells appear at a very early stage and dominate the whole regeneration process. A role for the PNS in early pattern formation is suggested.

Re-organisation of the cytoskeleton during developmental programmed cell death in Picea abies embryos

Cell and tissue patterning in plant embryo development is well documented. Moreover, it has recently been shown that successful embryogenesis is reliant on programmed cell death (PCD). The cytoskeleton governs cell morphogenesis. However, surprisingly little is known about the role of the cytoskeleton in plant embryogenesis and associated PCD. We have used the gymnosperm, Picea abies , somatic embryogenesis model system to address this question. Formation of the apical-basal embryonic pattern in P. abies proceeds through the establishment of three major cell types: the meristematic cells of the embryonal mass on one pole and the terminally differentiated suspensor cells on the other, separated by the embryonal tube cells. The organisation of microtubules and F-actin changes successively from the embryonal mass towards the distal end of the embryo suspensor. The microtubule arrays appear normal in the embryonal mass cells, but the microtubule network is partially disorganised in the embryonal tube cells and the microtubules disrupted in the suspensor cells. In the same embryos, the microtubule-associated protein, MAP-65, is bound only to organised microtubules. In contrast, in a developmentally arrested cell line, which is incapable of normal embryonic pattern formation, MAP-65 does not bind the cortical microtubules and we suggest that this is a criterion for proembryogenic masses (PEMs) to passage into early embryogeny. In embryos, the organisation of F-actin gradually changes from a fine network in the embryonal mass cells to thick cables in the suspensor cells in which the microtubule network is completely degraded. F-actin de-polymerisation drugs abolish normal embryonic pattern formation and associated PCD in the suspensor, strongly suggesting that the actin network is vital in this PCD pathway.

Transfection of newt blastema mesenchyme using the techniques of lipofection and direct gene transfer

The regenerating amphibian limb provides a useful system for studying genes involved in the establishment of positional information. While a number of candidate genes that may playa role in pattern formation have been identified, their function in vivo is unknown in this system. To better ascertain the role of these genes, it would be useful to be able to alter their normal patterns of expression in vivo and to assess the effects of this misexpression on limb pattern. In order to achieve this, a method of introducing a plasmid containing the eDNA of a gene of interest into a newt blastema (a growth zone of mesenchymal progenitor cells) is needed. Unfortunately, most commonly used transfection techniques cannot be used with newt blastema cells. In this study, I have used the techniques of lipofection and direct gene transfer to introduce plasmid DNA containing reporter genes into the cells of a regenerating newt limb. The technique of lipofection was most effective when the blastema cells were transfected in vitro. The optimal ratio for transfection was shown to be 1:3 DNA:Lipofectin (W/w) , and an increase in the amount of DNA present in the mixture (1:3 ratio maintained) resulted in a corresponding increase in gene expression. The technique of direct gene transfer was used to transfect newt blastema cells with and without prior complex formation with Lipofectin. Injection of plasmid DNA alone provided the most 3 promising results. It was possible to introduce plasmid DNA containing the reporter gene ~-galactosidase and achieve significant gene expression in cells associated with the injection site. In the future, it would be interesting to use this technique to inject plasmid DNA containing a gene which may have a role in pattern formation into specific areas of the newt blastema and to analyze the resulting limb pattern that emerges.

Structure et dynamique des communautés multi-espèces : le rôle de l’espace

Cette thèse porte sur le rôle de l’espace dans l’organisation et dans la dynamique des communautés écologiques multi-espèces. Deux carences peuvent être identifiées dans les études théoriques actuelles portant sur la dimension spatiale des communautés écologiques : l’insuffisance de modèles multi-espèces représentant la dimension spatiale explicitement, et le manque d’attention portée aux interactions positives, tel le mutualisme, en dépit de la reconnaissance de leur ubiquité dans les systèmes écologiques. Cette thèse explore cette problématique propre à l’écologie des communautés, en utilisant une approche théorique s’inspirant de la théorie des systèmes complexes et de la mécanique statistique. Selon cette approche, les communautés d’espèces sont considérées comme des systèmes complexes dont les propriétés globales émergent des interactions locales entre les organismes qui les composent, et des interactions locales entre ces organismes et leur environnement. Le premier objectif de cette thèse est de développer un modèle de métacommunauté multi-espèces, explicitement spatial, orienté à l’échelle des individus et basé sur un réseau d’interactions interspécifiques générales comprenant à la fois des interactions d’exploitation, de compétition et de mutualisme. Dans ce modèle, les communautés locales sont formées par un processus d’assemblage des espèces à partir d’un réservoir régional. La croissance des populations est restreinte par une capacité limite et leur dynamique évolue suivant des mécanismes simples de reproduction et de dispersion des individus. Ces mécanismes sont dépendants des conditions biotiques et abiotiques des communautés locales et leur effet varie en fonction des espèces, du temps et de l’espace. Dans un deuxième temps, cette thèse a pour objectif de déterminer l’impact d’une connectivité spatiale croissante sur la dynamique spatiotemporelle et sur les propriétés structurelles et fonctionnelles de cette métacommunauté. Plus précisément, nous évaluons différentes propriétés des communautés en fonction du niveau de dispersion des espèces : i) la similarité dans la composition des communautés locales et ses patrons de corrélations spatiales; ii) la biodiversité locale et régionale, et la distribution locale de l’abondance des espèces; iii) la biomasse, la productivité et la stabilité dynamique aux échelles locale et régionale; et iv) la structure locale des interactions entre les espèces. Ces propriétés sont examinées selon deux schémas spatiaux. D’abord nous employons un environnement homogène et ensuite nous employons un environnement hétérogène où la capacité limite des communautés locales évoluent suivant un gradient. De façon générale, nos résultats révèlent que les communautés écologiques spatialement distribuées sont extrêmement sensibles aux modes et aux niveaux de dispersion des organismes. Leur dynamique spatiotemporelle et leurs propriétés structurelles et fonctionnelles peuvent subir des changements profonds sous forme de transitions significatives suivant une faible variation du niveau de dispersion. Ces changements apparaissent aussi par l’émergence de patrons spatiotemporels dans la distribution spatiale des populations qui sont typiques des transitions de phases observées généralement dans les systèmes physiques. La dynamique de la métacommunauté présente deux régimes. Dans le premier régime, correspondant aux niveaux faibles de dispersion des espèces, la dynamique d’assemblage favorise l’émergence de communautés stables, peu diverses et formées d’espèces abondantes et fortement mutualistes. La métacommunauté possède une forte diversité régionale puisque les communautés locales sont faiblement connectées et que leur composition demeure ainsi distincte. Par ailleurs dans le second régime, correspondant aux niveaux élevés de dispersion, la diversité régionale diminue au profit d’une augmentation de la diversité locale. Les communautés locales sont plus productives mais leur stabilité dynamique est réduite suite à la migration importante d’individus. Ce régime est aussi caractérisé par des assemblages incluant une plus grande diversité d’interactions interspécifiques. Ces résultats suggèrent qu’une augmentation du niveau de dispersion des organismes permet de coupler les communautés locales entre elles ce qui accroît la coexistence locale et favorise la formation de communautés écologiques plus riches et plus complexes. Finalement, notre étude suggère que le mutualisme est fondamentale à l’organisation et au maintient des communautés écologiques. Les espèces mutualistes dominent dans les habitats caractérisés par une capacité limite restreinte et servent d’ingénieurs écologiques en facilitant l’établissement de compétiteurs, prédateurs et opportunistes qui bénéficient de leur présence.

Analyse fonctionnelle du gène BMP-2 lors de la régénération du membre chez l’axolotl

Les amphibiens urodèles (e.g. les axolotls) possèdent la remarquable capacité de régénérer plusieurs parties de leur corps. Ils peuvent, entre autres, régénérer parfaitement un membre amputé par épimorphose, un processus biphasique comprenant une phase de préparation, spécifique à la régénération, et une phase de redéveloppement, commune à l’épimorphose et au développement embryonnaire. Durant la phase de préparation, les cellules du moignon se dédifférencient en cellules pseudo-embryonnaires, prolifèrent et migrent distalement au plan d’amputation pour former un blastème de régénération. Parmi les vertébrés, la dédifférenciation est unique aux urodèles. Afin de mieux comprendre le contrôle moléculaire de la régénération chez les urodèles, nous avons choisi d’étudier BMP-2, un facteur de croissance, en raison de son implication dans la régénération des phalanges distales chez les mammifères. Le facteur de transcription MSX-1 a également été sélectionné en raison de sa capacité à induire la dédifférenciation cellulaire in vitro et de son interaction potentielle avec la signalisation des BMPs. Les résultats présentés dans cette thèse démontrent que BMP-2 et MSX-1 sont exprimés lors des phases de préparation et de redéveloppement de l’épimorphose, et que leur profil d'expression spatio-temporel est très semblable, ce qui suggère une interaction de leurs signaux. En outre, chez les tétrapodes amniotes, l’expression de Shh est restreinte au mésenchyme postérieur des membres en développement et chevauche l’expression de BMP-2. Toutefois, l’expression de BMP-2 n’est pas restreinte à la région postérieure mais forme un gradient postéro-antérieur. Shh est le principal régulateur de la formation du patron de développement antéro-postérieur du ii membre. Étant donné les domaines d’expression chevauchants de BMP-2 et Shh et la restriction postérieure d’expression de Shh, on croit que Shh régule la formation du patron de développement de postérieur à antérieur par l’activation de l’expression de BMP-2. Fait intéressant, l’axolotl exprime également Shh dans la région postérieure, mais le développement des pattes se fait de la région antérieure à la région postérieure au lieu de postérieur à antérieur comme chez les autres tétrapodes, et ceci durant le développement et la régénération. Nous avons utilisé cette caractéristique de l’axolotl pour démontrer que la signalisation Shh ne structure pas l’autopode via BMP-2. En effet, l’expression de BMP-2 n'est pas régulée par l'inhibition de la signalisation Shh, et son expression est du côté opposé à celle de Shh durant le développement et la régénération des pattes de l’axolotl. Il a été observé durant le développement du membre chez la souris que MSX-1 est régulé par la signalisation Shh. Nos résultats ont démontrés que chez l’axolotl, MSX-1 ne semble pas régulé par l'inhibition de la signalisation Shh au cours de la régénération du membre. De plus, nous avons démontré que contrairement à l’expression de Shh, l’expression de BMP-2 est corrélée avec l’ordre de formation des phalanges, est impliquée dans la condensation cellulaire et dans l'apoptose précédant la chondrogenèse. L’ensemble de ces résultats suggère un rôle de BMP-2 dans l’initiation de l’ossification endochondrale. Enfin, nous avons démontré que la signalisation BMP est indispensable pour l’épimorphose du membre durant la phase de redéveloppement.

Studies on the Effect of Randomness on the Synchronization of Coupled Systems and on the Dynamics of Intermittently driven systems

Nonlinear dynamics has emerged into a prominent area of research in the past few Decades.Turbulence, Pattern formation,Multistability etc are some of the important areas of research in nonlinear dynamics apart from the study of chaos.Chaos refers to the complex evolution of a deterministic system, which is highly sensitive to initial conditions. The study of chaos theory started in the modern sense with the investigations of Edward Lorentz in mid 60's. Later developments in this subject provided systematic development of chaos theory as a science of deterministic but complex and unpredictable dynamical systems. This thesis deals with the effect of random fluctuations with its associated characteristic timescales on chaos and synchronization. Here we introduce the concept of noise, and two familiar types of noise are discussed. The classifications and representation of white and colored noise are introduced. Based on this we introduce the concept of randomness that we deal with as a variant of the familiar concept of noise. The dynamical systems introduced are the Rossler system, directly modulated semiconductor lasers and the Harmonic oscillator. The directly modulated semiconductor laser being not a much familiar dynamical system, we have included a detailed introduction to its relevance in Chaotic encryption based cryptography in communication. We show that the effect of a fluctuating parameter mismatch on synchronization is to destroy the synchronization. Further we show that the relation between synchronization error and timescales can be found empirically but there are also cases where this is not possible. Studies show that under the variation of the parameters, the system becomes chaotic, which appears to be the period doubling route to chaos.

Detection of Flock Movement in Spatio-Temporal Database using Clustering Techniques - an Experience

In this paper, moving flock patterns are mined from spatio- temporal datasets by incorporating a clustering algorithm. A flock is defined as the set of data that move together for a certain continuous amount of time. Finding out moving flock patterns using clustering algorithms is a potential method to find out frequent patterns of movement in large trajectory datasets. In this approach, SPatial clusteRing algoRithm thrOugh sWarm intelligence (SPARROW) is the clustering algorithm used. The advantage of using SPARROW algorithm is that it can effectively discover clusters of widely varying sizes and shapes from large databases. Variations of the proposed method are addressed and also the experimental results show that the problem of scalability and duplicate pattern formation is addressed. This method also reduces the number of patterns produced

Expresión del factor de crecimiento fibroblastico tipo 8 en el desarrollo temprano del pez cebra

Dentro del estudio de la expresión de diferentes genes, el teleósteo Danio rerio (Pez cebra) ha sido modelo de estudio del desarrollo de los vertebrados. Esta especie es ventajosa para este fin por diferentes razones, entre- ellas están la producción de grandes camadas durante todo el año, son fácilmente mantenidos, sus embriones son transparentes y se desarrollan fuera de la madre, tienen un desarrollo rápido, ya que en las 24 horas post -fecundación ya están formados la mayor parte de tejidos y primordios de los órganos, se pueden generar mutantes que se pueden propagar y estudiar muy fácilmente. Este trabajo pretende mostrar la relación entre la expresión temprana del Factor de Crecimiento Fibroblástico tipo 8 (FGF8) y el desarrollo del Sistema Nervioso Central de esta especie.

Overview of mathematical approaches used to model bacterial chemotaxis II: bacterial populations

We review the application of mathematical modeling to understanding the behavior of populations of chemotactic bacteria. The application of continuum mathematical models, in particular generalized Keller-Segel models, is discussed along with attempts to incorporate the microscale (individual) behavior on the macroscale, modeling the interaction between different species of bacteria, the interaction of bacteria with their environment, and methods used to obtain experimentally verified parameter values. We allude briefly to the role of modeling pattern formation in understanding collective behavior within bacterial populations. Various aspects of each model are discussed and areas for possible future research are postulated.