Häivehävittäjän torjunta nykyaikaisella torjuntahävittäjällä

Sotilasilmailun viimeisintä kehitystä edustavat häivehävittäjät, joissa pyritään häiveominaisuuksia sekä uusinta sensori- ja moottoritekniikkaa hyödyntämällä ylivertaiseen suorituskykyyn muihin hävittäjiin verrattuna. Tässä tutkimuksessa tarkastellaan häivehävittäjien suorituskykyä taktisesta näkökulmasta. Tutkimuksen tavoitteena on hyödyttää taktiikan jatkotutkimusta selvittämällä, mitkä häivehävittäjän ominaisuudet ja taktiset periaatteet ovat merkittävimpiä, kun suunnitellaan sen torjuntaa nykyaikaisella torjuntahävittäjällä. Tutkimus toteutettiin julkisesti saatavilla olevien kirjallisten lähteiden sisältöä analysoimalla hyödyntämällä hypoteettisdeduktiivista tutkimusmenetelmää. Tutkimusaineisto koostuu ilmailualan kirjallisista julkaisuista sekä internet-sivustoilta kerätyistä artikkeleista. Aineiston johdonmukainen analyysi tehtiin tarkastelemalla tutkimustyön aikana syntynyttä tutkimushypoteesia, jonka mukaan paras menetelmä häivehävittäjän torjumiseksi nykyaikaisella torjuntahävittäjällä olisi pyrkiä huomaamattomasti näköetäisyydelle ja haastaa se taisteluun infrapunasensoreiden kantamalla. Myös tutkimusraportti ja tutkimuksen tulokset rakentuvat tämän tutkimushypoteesin ympärille. Häivehävittäjän havaitseminen näköetäisyyden ulkopuolella hävittäjätutkan avulla on erittäin vaikeaa. Näköetäisyydelle kannattaisi pyrkiä hakeutumaan häivehävittäjän alta matalalla lentäen samalla maanpinnan tutkakatveita hyödyntäen. Nykyaikaisten ilmataisteluohjusten suorituskyvyllä taistelun ratkaisemiseksi ei välttämättä edes synny kaartotaistelua, vaan taistelun voittaa yllätykseen kyennyt osapuoli. Jos torjuntahävittäjällä sitoudutaan kaartotaisteluun häivehävittäjän kanssa, häivehävittäjän jatkuva liikehtimiskyky on ylivoimainen, mutta sen hetkellinen liikehtimiskyky ei tämän tutkimuksen perusteella ole merkittävästi parempi. Taistelu on siis mahdollista voittaa, jos ratkaisuun kyetään nopeasti taistelun alkuvaiheessa. Tämän tutkimuksen perusteella nykyaikaisella torjuntahävittäjällä voidaan torjua häivehävittäjä sen huomattavasta suorituskyvystä huolimatta. Taktisista periaatteista torjunnassa on tärkeää pyrkiä hyödyntämään erityisesti yllätystä ja aloitetta. Tutkimuksen mukaan häivehävittäjä kannattaa aina pyrkiä haastamaan mahdollisimman matalalla ja suurella nopeudella. Torjunnan suunnittelun kannalta tulisi tutkia tarkemmin osapuolten tutkien suorituskykyä ja hakeutumisgeometrioita häivehävittäjän nopeusluokan maalille. Näköetäisyydellä taistelun kannalta tärkeimmät tutkittavat kohteet ovat häiveominaisuuksien vaikutukset infrapunaohjusten seurantaetäisyyksiin ja häivehävittäjien todellinen aerodynaaminen suorituskyky. Ylipäätään torjunnan mahdollistamiseksi tärkeimmät tutkimuskohteet ovat häivehävittäjän seurantaan kykenevät sensorit, sillä nykyaikaisilla torjuntahävittäjillä on erittäin rajallinen kyky löytää häivehävittäjä. Olisi kannattavaa tutkia, onko torjuntahävittäjään asennettava pitkän kantaman infrapunasensori ehdoton varuste tulevaisuuden ilmasodankäynnissä häiveominaisuuksia vastaan.

Häivetekniikan nykytila

Tutkielmassa käsitellään tutka-alueen häivetekniikkaa ja sen huomioon ottamista aluksissa. Häiveteknologian käyttö on noussut viime vuosina merkittäväksi osaksi taistelualusten omasuojajärjestelmiä. Merellä tapahtuva tiedustelu, valvonta ja tulenjohto aiheuttavat kilpajuoksun toisaalta maalin havaitsemisen suhteen ja toisaalta paljastumisen suhteen. Tämä ilmenee sensori- ja häiveteknologian välisenä kehityskilpailuna. Häivetekniikan merkitys korostuu, kun maiden laivastot pienenevät. Sen avulla minimoidaan tappioita ja taistelunkestävyys paranee. Häivetekniikalla kyetään suojaamaan aluksia ennakoivasti. Sen avulla kyetään välttämään omaan toimintaan kohdistuvaa tiedustelua sekä suojautumaan tulenjohdolta. Päätutkimuskysymyksenä on: Miten aluksen näkyvyyteen voidaan vaikuttaa merellä. Tutkielmaan on asetettu lisäksi kolme alakysymystä. Ensimmäinen alakysymys käsittelee muotoilun merkitystä häivetekniikalle. Toinen alakysymys määrittää materiaalien roolia häiveteknologiassa ja kolmas tutkimuskysymys käsittelee olosuhteiden vaikutusta häiveteknologiaan sekä uusien runkoratkaisujen tuomia mahdollisuuksia alussuunnitteluun ja häiveteknologiaan Kirjallinen aineisto on kerätty pääsääntöisesti kirjastoista. Artikkelit ovat suurimmaksi osaksi internetissä olevista tietokannoista. Haastattelut on tehty puolustusvoimien sisällä. Johtopäätöksissä esitellään, millaisia ratkaisuja aluksen tutkaherätteen pienentämiseksi käytetään maailmalla tällä hetkellä. Mukaan on otettu myös mahdollisia tulevaisuuden näkymiä, jotka pohjautuvat lähteistä saatavaan informaatioon.

Kiteen mekaanisten värähtelyjen vaimentaminen takaisinkytkennällä

Pulseri on laite, joka tuottaa noin 10 MHz:n taajuudella olevan sähköisen pulssin, joka ohjataan kiteeseen. Kide lähettää korkeataajuuksisen ääniaallon ja toimii samalla vastaanottimena kaikuna heijastuneille ääniaalloille. Kide ja membraanikalvo ovat vedessä. Ääniaalto heijastuu takaisin suodatusmembraanikalvosta, jolla on tarkoitus erotella epäpuhtauksia. Membraanikalvo ja kide ovat millimetrin etäisyydellä toisistaan ja ääniaalloilla kestää noin 1,3 mikrosekuntia kulkea kiteestä membraanikalvon pinnalle ja siitä kaikuna takaisin kiteeseen. Saadaksemme luotettavia tuloksia ääniaallon kulkuajasta, kiteen tulee olla värähtelemättömässä tilassa silloin, kun kaikuna palaava pulssi saapuu takaisin. Työssä keskitytään kiteen vaimentamiseen mahdollisimman nopeasti lähetetyn pulssin jälkeen ja siihen liittyviin ongelmiin.

Täsmäviljely ja ravinteiden käytön tarkentaminen

Ravinnetaseiden vaihtelut peltolohkojen välillä ja myös niiden sisällä voivat olla suuria. Toisissa paikoissa lannoituspanoksia hukataan, jolloin sadon käyttämättä jättämät ravinteet ovat alttiina huuhtoutumiselle pinta- ja pohjavesiin. Toisissa pellon osissa puolestaan sadontuottokyky saattaa olla vajaassa käytössä. Molemmissa tapauksissa aiheutuu taloudellista menetystä. Silmämääräisesti ravinnetaseiden vaihtelun määrän todentaminen on mahdotonta, ja siksi tarvitaan erilaisia mittausmenetelmiä. Alati kehittyvät täsmäviljelytekniikat tarjoavat käytännön työkaluja pellon vaihtelun mittaamiseen sekä vaihtelun huomioon ottamiseen viljelyn toteutuksessa. Kehittyvät ja yleistyvät tekniikat halpenevat, tulevat entistä luotettavammiksi ja käytettävämmiksi. Paikkatiedon hallinta on täsmäviljelyn avain. Paikkatiedon mittaaminen ja yhdistäminen eri lähteistä, tiedon analysointi ja käyttö viljelyn suunnittelussa sekä työn ja koneiden ohjaamisessa vaatii uudenlaista osaamista ja asennoitumista niin viljelijältä kuin hänen työtään tukevalta ja siihen linkittyvältä toimijaverkolta. Lähitulevaisuudessa on odotettavissa automaation käytön lisääntymistä niin työkoneiden, tiedonkeruun kuin tiedonhallinnan osalta. Sensori- ja sensoriverkkoteknologiat, kaukokartoitusteknologiat, ISOBUS-työkoneet ja web-pohjaiset tiedonhallintapalvelut asemoivat viljelyn ja sen toteutustekniikat uudelle tietämyksen, käytön ja tietoisuuden tasolle. Tuotantoprosessien tarkempi ohjaaminen helpottuu. Uusien teknologioiden mahdollistama vaivaton tiedonkeruu ja työn dokumentointi avaavat mahdollisuuden parempaan tuotannon läpinäkyvyyden ja vastuullisuuden osoittamiseen. Raportti on toteutettu osana Tehoa maatalouden vesiensuojeluun (TEHO) -hanketta.

AVR-pohjainen mobiilirobotti

Kandidaatintyön aineena oli rakentaa autonomisesti pyörillä liikkuva, esteitä väistelevä mobiilirobotti käyttäen Arduino-kehitysympäristöä prototyypin valmistamiseen. Rakensin robotin alusta alkaen itse eli työhön sisältyi robotin mekaniikan kokoaminen, elektroniikan suunnittelu ja rakentaminen sekä toimintaälyn ohjelmointi mikroprosessorille eteenpäin kulkemiseen ja esteiden väistämiseen. Arduinon ytimenä on Atmelin AVR-sarjaan kuuluva ATMega328-mikroprosessori. Robotin ympäristön havainnointi tapahtuu käyttämällä ultraäänisensoria. Robotti oli mielenkiintoinen projekti toteuttaa ja toimi kokonaisuutena katsottuna odotetulla tavalla.

Imbuing airborne electronic warfare self-protection : possibilities to disguise

Tutkielman nimi käännettynä suomeksi on Lentokoneiden omasuojajärjestelmien kyllästäminen – mahdollisuuksia kätkeytymiseen. Siinä keskitytään etsimään aktiivisia, ilmauhkaa kohti säteileviä keinoja ilmahyökkääjän, lentokoneen tai helikopterin, omasuojajärjestelmän harhauttamiseksi. Järjestelmät pyrkivät varoittamaan lentäjää laser- ja tutkasäteilyhavainnoista sekä ohjuksen laukaisusta ja lähestymisestä. Omasuojajärjestelmiin kuuluviin vastakeinoihin tutkimus ei keskity. Tavoitteena harhauttamisella on ilmapuolustuksen todellisen määrän ja sijainnin suojaaminen. Epätietoisuus voi saada lentäjän tekemään vääriä johtopäätöksiä. Työ ei fokusoi harhauttamisen taktiseen kehykseen työn kannalta tarpeellista määrää enempää. Tietosuojasyistä tutkimus ei käsittele käytössä olevien omasuojajärjestelmien operatiivisia ominaisuuksia vaan käsittelee teoriaa niiden taustalla. Tutkimus tehtiin käyttäen taustatutkimukselle enemmän tyypillistä kirjallisuustutkimusta. Jo tutki-muksen alkuvaiheessa oli oletettavaa, että elektronisiin sensoreihin perustuvaa omasuojajärjestelmää pystytään harhauttamaan. Systeemianalysoinnilla pyrittiin löytämään vastauksia tähän olettamukseen. Omasuojajärjestelmästä muodostettiin jo tutkimuksen varhaisessa vaiheessa malli. Tieteellistä kirjallisuutta omasuojajärjestelmistä on olemassa jonkin verran, ja niistä löydettyä tietoa omasuojajärjestelmien ominaisuuksista ja sensoreista yhdistettiin malliin niin, että siitä saatiin mahdollisimman tarkka systeemin kuvaus todellisesta omasuojajärjestelmästä. Analyysin tavoitteena oli löytää niitä kriteereitä, joilla omasuojajärjestelmä saataisiin kohtuullisen tehokkaasti uskomaan harhautusta oikeaksi hälytykseksi. Ohjuksen laukaisusta varoittava sensori perustuu ohjuksen moottorin muodostaman pilven lämpö-säteilyyn. Säteily kuitenkin muuttuu lennon eri vaiheissa, mikä tuottaa haasteita järjestelmälle. Millimetrialueen tutkan käyttö varoittimen sensorina on myös yksi vaihtoehto. Laser-varoittimet toimivat koko sillä taajuusalueella, mitä sotilaskäytössä tulenjohtamiseen ja ohjusten ohjaamiseen käytetään. Tutkavaroittimen tutkimus on vielä kesken. Löydettyjä tuloksia analysoimalla tulen tässä vaiheessa hieman ristiriitaisiin tuloksiin. Lämpösäteilyn käytön suurin haaste on sen eteneminen ilmakehässä. Varoittimen tavoitekaan ei ole toimia kymmentä kilometriä pidemmälle. Yksi mahdollinen ratkaisu on suunnitella ja toteuttaa raketti, jonka tuottaa lämpösäteilyä kuten tietty puolustavan joukon käytössä oleva ohjus. Jos koneessa on kuitenkin myös millimetrialueen tutka tukemassa varoitusjärjestelmää, hankaloituu rakettiharhautus merkittävästi, koska sen pitäisi oletettavasti olla lentokoneen kanssa melko tarkasti kohtaavalla reitillä. Laser-varoitin on ilmeisesti herkin järjestelmistä, koska se voi tietyissä olosuhteissa ja varsinkin matalalla lentokorkeudella aiheuttaa paljon vääriä hälytyksiä ilman tarkoituksellista harhauttamista. Laserin käyttö yhdistettynä raketin laukaisuun saattaisi tuottaa halutun tuloksen. Tutkavaroittimen harhautus onnistuu, jos valelaitteen signaali on uskottavan tarkka.

Photon Upconverting Nanophosphors: Unique Reporters for Optical Biosensing

Upconversion photoluminescence is a unique property of mostly certain inorganic materials, which are capable of converting low-energy infrared radiation into a higher-energy emission at visible wavelengths. This anti-Stokes shift enables luminescence detection without autofluorescence, which makes the upconverting materials a highly suitable reporter technology for optical biosensing applications. Furthermore, they exhibit long luminescence lifetime with narrow bandwidths also at the optical window of biomaterials enabling luminescence measurements in challenging sample matrices, such as whole blood. The aim of this thesis was to study the unique properties and the applicability of nano-sized upconverting phosphors (UCNPs) as reporters in biosensing applications. To render the inorganic nanophosphors water-dispersible and biocompatible, they were subjected to a series of surface modifications starting with silica-encapsulation and ending with a bioconjugation step with an analyte-recognizing biomolecule. The paramagnetism of the lanthanide dopants in the nanophosphors was exploited to develop a highly selective separation method for the UCNP-bioconjugates based on the magnetic selectivity of the high gradient magnetic separation (HGMS) system. The applicability of the nano-sized UCNPs as reporters in challenging sample matrices was demonstrated in two homogeneous sensing applications based on upconversion resonance energy transfer (UC-RET). A chemosensor for intracellular pH was developed exploiting UC-RET between the UCNP and a fluorogenic pH-sensitive dye with strongly increasing fluorescence intensity in decreasing pH. The pH-independent emission of the UCNPs at 550 nm was used for referencing. The applicability of the pH-nanosensor for intracellular pH measurement was tested in HeLa cells, and the acidic pH of endosomes could be detected with a confocal fluorescence microscope. Furthermore, a competitive UC-RET-based assay for red blood cell folic acid was developed for the measurement of folate directly from a whole blood sample. The optically transparent window of biomaterials was used in both the excitation and the measurement of the UC-RET sensitized emission of a near-infrared acceptor dye to minimize sample absorption, and the anti-Stokes detection completely eliminated the Stokes-shifted autofluorescence. The upconversion photoluminescence efficiency is known to be dependent on crystallite size, because the increasing surface-to-volume ratio of nano-sized UCNPs renders them more susceptible to quenching effects of the environment than their bulk counterpart. Water is known to efficiently quench the luminescence of lanthanide dopants. In this thesis, the quenching mechanism of water was studied using luminescence decay measurements. Water was found to quench the luminescence of UCNPs by increasing the non-radiative relaxation of the excited state of Yb3+ sensitizer ion, which had a very strong quenching effect on upconversion luminescence intensity.

Kerros-kerrokselta kokoonpannut ohutkalvot ja luminoivat kalvosensorit

Kerros-kerrokselta eli layer-by-layer eli LbL –kalvoja voidaan valmistaa kastamis-, sumutus-, pyöritys- tai pyöritys-sumutusmenetelmillä. Kalvon muodostumisen ensimmäinen vaihe on nopea, se kestää muutaman sekunnin. Toisessa vaiheessa tapahtuu diffundoitumista ja se kestää useita minuutteja. Rakentumista voidaan tarkkailla lukuisilla visuaaliseen tai uv-valoon tai muuhun säteilyyn perustuvilla menetelmillä. Kalvojen pintarakennetta ja karheutta sekä eri suolojen vaikutusta voidaan selvittää atomivoimamikroskopia- ja ellipsometrisillä kuvilla. Luminesenssi on säteilyn itsestään tapahtuvaa emissiota. Fluoresenssi ja fosforesenssi ovat luminesenssin erikoistapauksia. Fotonin absorption jälkeen molekyyli voi palata perustilalle fluoresenssin tai fosforesenssin avulla, mutta molekyyli voi myöskin kokea sisäisen varauksensiirron tai konformaation vaihdoksen. Luminesenssi-ilmiötä voidaan käyttää tunnistamaan yhdiste tai määrittämään sen pitoisuus. Voidaan rakentaa sensoreita, joissa yhdisteen toinen osa on osana sensoria. Yhdisteen toisen osan, analyytin, liittyessä siihen tapahtuu värimuutos. Sensori koostuu optisesta päästä, vaihtelevan pituisesta johdosta ja aistimisyksiköstä. Kokonaislaitteisto koostuu valon lähteestä, valokuidusta ja optisesta voimamittarista. Analyytin indusoimaa aggregaatiota ja sitä seuraavaa optista vastetta voidaan käyttää herkkänä muuntomekanismina analyytin havaitsemiseen. On kehitetty lukuisille analyyteille herkkiä spesifisiä polymeerejä, joita voidaan käyttää eri ionien havaitsemiseen. Myös bioaistiminen on mahdollista, esimerkiksi kolibakteeri voidaan havaita. Kvanttipisteet ovat pieniä puolijohtavan materiaalin hiukkasia. Niillä on ainutlaatuisia optisia, sähköisiä ja kemiallisia ominaisuuksia. On kehitetty erityisiä lastulaboratorioita. Niillä on mahdollisuus toteuttaa erilaisia funktioita, kuten näytteen valmistus, pitoisuuden säätö ja detektio yksittäisen miniaturisoidun alustan päällä. Luminesenssissa valon emissio vahvistuu, ja monissa tapauksissa tapahtuu ns. Stokesin siirtymä. Stokesin siirtymässä valon emissiomaksimin aallonpituus siirtyy infrapuna-alueen suuntaan. Emission vahvistumisen kemiallisina aiheuttajina ovat kromoforit eli värin kantajat. Valon määrää ja aallonpituutta voidaan käyttää tunnistamaan analyytti tai analyytin määrä. Luminesenssin lisäksi voidaan käyttää taittoindeksiin perustuvia optisia aistimismenetelmiä.

Sähkömagneettiset pyörimisnopeusanturit auton pyörässä

Tässä kandidaatintyössä tarkastellaan millaisia sähkömagneettisia antureita käytetään mittaamaan autojen pyörien pyörimisnopeutta. Työn tavoitteena on selvittää miten magneettiset sensorielementit toimivat antureiden osana auton pyörien pyörimisnopeusantureissa. Työ rajataan kolmen sensorielementin tarkasteluun, mitkä ovat Hall-. GMR- ja AMR - sensorielementit. Sensoreiden tarkastelu tehdään kirjallisuustutkimuksella ja lopuksi esitellään yksi sovellus anturin suojauksen näkökulmasta patenttiesimerkin avulla. Tuloksiksi saatiin, että sähkömagneettisessa anturisysteemissä on aina roottori ja sitä lukeva tunnistinelementti. Roottorin pyörimisliikkeen aiheuttamaa magneettikentän muutosta sensorissa käytetään pyörimisnopeuden mittaamiseen. Sensorielementit poikkeavat toisistaan rakenteeltaan sekä toimintatavaltaan. Hall - sensorielementti on mittausherkkyydeltään pienin ja GMR - sensorielementti suurin. AMR - sensorielementti on yleisimmin käytetty. Yhteistä niille on se, että ne tarvitsevat esimagnetoinnin toimiakseen. Anturin suojaamiseen käytetään kotelointia. Koteloinnilla saadaan suojattua anturisysteemi mekaanisilta rasituksilta sekä kemiallisilta rasitteilta ja ulkoisilta sähkömagneettisilta häiriöiltä. Lisäksi hyvällä koteloinnin suunnittelulla voidaan säästää tilaa.

Diminution de la performance motrice du membre ipsilatéral au site de l’accident vasculaire cérébral lors de tâches bilatérales

Suite à un accident vasculaire cérébral (AVC), des déficits au membre controlatéral et ipsilatéral à la lésion cérébrale sont observés chez les personnes avec un AVC. La performance du membre ipsilatéral est déterminée par l’importance de la sévérité clinique du membre controlatéral ainsi que par l’adéquation du traitement bihémisphérique des informations sensori-motrices. L’objectif de la présente étude est de comparer la performance motrice de la main ipsilatérale lors de diverses tâches nécessitant un niveau plus ou moins complexe de traitement de l’information chez une clientèle hémiplégique ayant une faible sévérité clinique. Les résultats démontrent que les forces de pinces entre le pouce et l’index du membre ipsilatéral sont modulées et anticipées adéquatement chez les personnes avec un AVC ayant une faible sévérité clinique tel que démontré par des scores de cinq ou plus au Chedoke-McMaster Stroke Assessment (modules bras et main). La performance motrice du membre ipsilatéral lors de l’exécution d’une tâche de coordination bilatérale est comparable à celle du membre dominant des sujets sains lorsque la tâche est réalisée sans interaction entre les membres supérieurs (deux objets) et elle est perturbée lorsqu’elle implique une action coordonnée et réciproque des membres supérieurs sur un même objet. Ces personnes, ayant une bonne récupération motrice, ont donc une problématique centrale d’intégration et de traitement de l’information sensori-motrice lorsqu’il y a une complexification de la tâche à réaliser. Ces résultats suggèrent donc que les cliniciens devraient porter une attention plus particulière aux activités unilatérales et de coordination bilatérales lors le l’exécution de tâches complexes nécessitant un niveau d’intégration sensori-motrice élevé.

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.

Réorganisation fonctionnelle et structurale des cortex auditifs, visuels et associatifs chez les sourds profonds congénitaux ou prélinguaux

En raison de l’utilisation d’un mode de communication totalement différent de celui des entendants, le langage des signes, et de l’absence quasi-totale d’afférences en provenance du système auditif, il y a de fortes chances que d’importantes modifications fonctionnelles et structurales s’effectuent dans le cerveau des individus sourds profonds. Les études antérieures suggèrent que cette réorganisation risque d’avoir des répercussions plus importantes sur les structures corticales situées le long de la voie visuelle dorsale qu’à l’intérieur de celles situées à l’intérieur de la voie ventrale. L’hypothèse proposée par Ungerleider et Mishkin (1982) quant à la présence de deux voies visuelles dans les régions occipitales, même si elle demeure largement acceptée dans la communauté scientifique, s’en trouve aussi relativement contestée. Une voie se projetant du cortex strié vers les régions pariétales postérieures, est impliquée dans la vision spatiale, et l’autre se projetant vers les régions du cortex temporal inférieur, est responsable de la reconnaissance de la forme. Goodale et Milner (1992) ont par la suite proposé que la voie dorsale, en plus de son implication dans le traitement de l’information visuo-spatiale, joue un rôle dans les ajustements sensori-moteurs nécessaires afin de guider les actions. Dans ce contexte, il est tout à fait plausible de considérer qu’un groupe de personne utilisant un langage sensori-moteur comme le langage des signes dans la vie de tous les jours, s’expose à une réorganisation cérébrale ciblant effectivement la voie dorsale. L’objectif de la première étude est d’explorer ces deux voies visuelles et plus particulièrement, la voie dorsale, chez des individus entendants par l’utilisation de deux stimuli de mouvement dont les caractéristiques physiques sont très similaires, mais qui évoquent un traitement relativement différent dans les régions corticales visuelles. Pour ce faire, un stimulus de forme définie par le mouvement et un stimulus de mouvement global ont été utilisés. Nos résultats indiquent que les voies dorsale et ventrale procèdent au traitement d’une forme définie par le mouvement, tandis que seule la voie dorsale est activée lors d’une tâche de mouvement global dont les caractéristiques psychophysiques sont relativement semblables. Nous avons utilisé, subséquemment, ces mêmes stimulations activant les voies dorsales et ventrales afin de vérifier quels pourraient être les différences fonctionnelles dans les régions visuelles et auditives chez des individus sourds profonds. Plusieurs études présentent la réorganisation corticale dans les régions visuelles et auditives en réponse à l’absence d’une modalité sensorielle. Cependant, l’implication spécifique des voies visuelles dorsale et ventrale demeure peu étudiée à ce jour, malgré plusieurs résultats proposant une implication plus importante de la voie dorsale dans la réorganisation visuelle chez les sourds. Suite à l’utilisation de l’imagerie cérébrale fonctionnelle pour investiguer ces questions, nos résultats ont été à l’encontre de cette hypothèse suggérant une réorganisation ciblant particulièrement la voie dorsale. Nos résultats indiquent plutôt une réorganisation non-spécifique au type de stimulation utilisé. En effet, le gyrus temporal supérieur est activé chez les sourds suite à la présentation de toutes nos stimulations visuelles, peu importe leur degré de complexité. Le groupe de participants sourds montre aussi une activation du cortex associatif postérieur, possiblement recruté pour traiter l’information visuelle en raison de l’absence de compétition en provenance des régions temporales auditives. Ces résultats ajoutent aux données déjà recueillies sur les modifications fonctionnelles qui peuvent survenir dans tout le cerveau des personnes sourdes, cependant les corrélats anatomiques de la surdité demeurent méconnus chez cette population. Une troisième étude se propose donc d’examiner les modifications structurales pouvant survenir dans le cerveau des personnes sourdes profondes congénitales ou prélinguales. Nos résultats montrent que plusieurs régions cérébrales semblent être différentes entre le groupe de participants sourds et celui des entendants. Nos analyses ont montré des augmentations de volume, allant jusqu’à 20%, dans les lobes frontaux, incluant l’aire de Broca et d’autres régions adjacentes impliqués dans le contrôle moteur et la production du langage. Les lobes temporaux semblent aussi présenter des différences morphométriques même si ces dernières ne sont pas significatives. Enfin, des différences de volume sont également recensées dans les parties du corps calleux contenant les axones permettant la communication entre les régions temporales et occipitales des deux hémisphères.

Expression des cotransporteurs cation-chlorure KCC2 et NKCC1 au cours du développement de la moelle épinière de l’opossum Monodelphis domestica

L’inhibition est nécessaire à la génération d’outputs coordonnés entre muscles antagonistes lors de la locomotion. Une baisse de la concentration neuronale en ions chlorure au cours du développement des mammifères conduit à l’émergence de l’inhibition. Cette baisse repose sur l’équilibre entre deux cotransporteurs cation-chlorure, KCC2 et NKCC1. KCC2 expulse Cl- de la cellule alors que NKCC1 pompe Cl- dans la cellule. L’opossum Monodelphis domestica naît dans un état très immature. Le seul comportement locomoteur qu’il présente à la naissance consiste en des mouvements rythmiques et alternés des membres antérieurs pour grimper le long du ventre de la mère vers une tétine. Les membres postérieurs sont des bourgeons immobiles dont le développement est en grande partie postnatal. Pour cette raison, cette espèce constitue un modèle idéal pour l’étude du développement locomoteur. Afin d’étudier les mécanismes conduisant à l’émergence de l’inhibition durant le développement moteur, nous avons décrit l’expression développementale de KCC2 et NKCC1 chez l’opossum postnatal par immunohistochimie au niveau des renflements spinaux. Les motoneurones et afférences primaires ont été identifiés en utilisant un marquage rétrograde au TRDA. Le marquage pour KCC2 et NKCC1 est détecté dans la moelle épinière ventrale dans la matière grise et blanche présomptive dès la naissance, ce qui suggère que l’inhibition serait déjà mise en place avant la naissance, permettant subséquemment l’alternance des membres antérieurs observée chez les nouveau-nés. L’expression développementale de KCC2 et NKCC1 suit des gradients ventrodorsal et médiolatéral, tels qu’observés chez les rongeurs (rats et souris). Le patron mature d’expression de ces cotransporteurs est observé aux alentours de la 5ème semaine postnatale lorsque la locomotion de l’opossum est mature. Enfin, entre la naissance et P5, les dendrites exprimant KCC2 au niveau de la corne dorsale sont retrouvées en apposition aux afférences primaires ce qui suggère un rôle de KCC2 dans la formation des circuits sensori-moteurs.

Recommandations portant sur la prise en charge optimale en physiothérapie de la clientèle pédiatrique atteinte de torticolis musculaire congénital

Travail d'intégration réalisé dans le cadre du cours PHT-6113.

"Functional Upregulation of Ca2+ -Activated K+ Channels in the Development of Substantia Nigra Dopamine Neurons"

Many connections in the basal ganglia are made around birth when animals are exposed to a host of new affective, cognitive, and sensori-motor stimuli. It is thought that dopamine modulates cortico-striatal synapses that result in the strengthening of those connections that lead to desired outcomes. We propose that there must be a time before which stimuli cannot be processed into functional connections, otherwise it would imply an effective link between stimulus, response, and reward in uterus. Consistent with these ideas, we present evidence that early in development dopamine neurons are electrically immature and do not produce high-frequency firing in response to salient stimuli. We ask first, what makes dopamine neurons immature? and second, what are the implications of this immaturity for the basal ganglia? As an answer to the first question, we find that at birth the outward current is small (3nS-V), insensitive to Ca2z, TEA, BK, and SK blockers. Rapidly after birth, the outward current increases to 15nS-V and becomes sensitive to Ca2z, TEA, BK, and SK blockers. We make a detailed analysis of the kinetics of the components of the outward currents and produce a model for BK and SK channels that we use to reproduce the outward current, and to infer the geometrical arrangement of BK and Ca2z channels in clusters. In the first cluster, T-type Ca2z and BK channels are coupled within distances of *20 nm (200 A˚). The second cluster consists of L-type Ca2z and BK channels that are spread over distances of at least 60 nm. As for the second question, we propose that early in development, the mechanism of action selection is in a ‘‘locked-in’’ state that would prevent dopamine neurons from reinforcing cortico-striatal synapses that do not have a functional experiential- based value.