Mathematical description of bacterial traveling pulses

The Keller-Segel system has been widely proposed as a model for bacterial waves driven by chemotactic processes. Current experiments on E. coli have shown precise structure of traveling pulses. We present here an alternative mathematical description of traveling pulses at a macroscopic scale. This modeling task is complemented with numerical simulations in accordance with the experimental observations. Our model is derived from an accurate kinetic description of the mesoscopic run-and-tumble process performed by bacteria. This model can account for recent experimental observations with E. coli. Qualitative agreements include the asymmetry of the pulse and transition in the collective behaviour (clustered motion versus dispersion). In addition we can capture quantitatively the main characteristics of the pulse such as the speed and the relative size of tails. This work opens several experimental and theoretical perspectives. Coefficients at the macroscopic level are derived from considerations at the cellular scale. For instance the stiffness of the signal integration process turns out to have a strong effect on collective motion. Furthermore the bottom-up scaling allows to perform preliminary mathematical analysis and write efficient numerical schemes. This model is intended as a predictive tool for the investigation of bacterial collective motion.

Neuroplasticity of inhibitory control

Executive control refers to a set of abilities enabling us to plan, control and implement our behavior to rapidly and flexibly adapt to environmental requirements. These adaptations notably involve the suppression of intended or ongoing cognitive or motor processes, a skill referred to as "inhibitory control". To implement efficient executive control of behavior, one must monitor our performance following errors to adjust our behavior accordingly. Deficits in inhibitory control have been associated with the emergènce of a wide range of psychiatric disorders, ranging from drug addiction to attention deficit/hyperactivity disorders. Inhibitory control deficits could, however, be remediated- The brain has indeed the amazing possibility to reorganize following training to allow for behavioral improvements. This mechanism is referred to as neural and behavioral plasticity. Here, our aim is to investigate training-induced plasticity in inhibitory control and propose a model of inhibitory control explaining the spatio- temporal brain mechanisms supporting inhibitory control processes and their plasticity. In the two studies entitled "Brain dynamics underlying training-induced improvement in suppressing inappropriate action" (Manuel et al., 2010) and "Training-induced neuroplastic reinforcement óf top-down inhibitory control" (Manuel et al., 2012c), we investigated the neurophysiological and behavioral changes induced by inhibitory control training with two different tasks and populations of healthy participants. We report that different inhibitory control training developed either automatic/bottom-up inhibition in parietal areas or reinforced controlled/top-down inhibitory control in frontal brain regions. We discuss the results of both studies in the light of a model of fronto-basal inhibition processes. In "Spatio-temporal brain dynamics mediating post-error behavioral adjustments" (Manuel et al., 2012a), we investigated how error detection modulates the processing of following stimuli and in turn impact behavior. We showed that during early integration of stimuli, the activity of prefrontal and parietal areas is modulated according to previous performance and impacts the post-error behavioral adjustments. We discuss these results in terms of a shift from an automatic to a controlled form of inhibition induced by the detection of errors, which in turn influenced response speed. In "Inter- and intra-hemispheric dissociations in ideomotor apraxia: a large-scale lesion- symptom mapping study in subacute brain-damaged patients" (Manuel et al., 2012b), we investigated ideomotor apraxia, a deficit in performing pantomime gestures of object use, and identified the anatomical correlates of distinct ideomotor apraxia error types in 150 subacute brain-damaged patients. Our results reveal a left intra-hemispheric dissociation for different pantomime error types, but with an unspecific role for inferior frontal areas. Les fonctions exécutives désignent un ensemble de processus nous permettant de planifier et contrôler notre comportement afin de nous adapter de manière rapide et flexible à l'environnement. L'une des manières de s'adapter consiste à arrêter un processus cognitif ou moteur en cours ; le contrôle de l'inhibition. Afin que le contrôle exécutif soit optimal il est nécessaire d'ajuster notre comportement après avoir fait des erreurs. Les déficits du contrôle de l'inhibition sont à l'origine de divers troubles psychiatriques tels que l'addiction à la drogue ou les déficits d'attention et d'hyperactivité. De tels déficits pourraient être réhabilités. En effet, le cerveau a l'incroyable capacité de se réorganiser après un entraînement et ainsi engendrer des améliorations comportementales. Ce mécanisme s'appelle la plasticité neuronale et comportementale. Ici, notre but èst d'étudier la plasticité du contrôle de l'inhibition après un bref entraînement et de proposer un modèle du contrôle de l'inhibition qui permette d'expliquer les mécanismes cérébraux spatiaux-temporels sous-tendant l'amélioration du contrôle de l'inhibition et de leur plasticité. Dans les deux études intitulées "Brain dynamics underlying training-induced improvement in suppressing inappropriate action" (Manuel et al., 2010) et "Training-induced neuroplastic reinforcement of top-down inhibitory control" (Manuel et al., 2012c), nous nous sommes intéressés aux changements neurophysiologiques et comportementaux liés à un entraînement du contrôle de l'inhibition. Pour ce faire, nous avons étudié l'inhibition à l'aide de deux différentes tâches et deux populations de sujets sains. Nous avons démontré que différents entraînements pouvaient soit développer une inhibition automatique/bottom-up dans les aires pariétales soit renforcer une inhibition contrôlée/top-down dans les aires frontales. Nous discutons ces résultats dans le contexte du modèle fronto-basal du contrôle de l'inhibition. Dans "Spatio-temporal brain dynamics mediating post-error behavioral adjustments" (Manuel et al., 2012a), nous avons investigué comment la détection d'erreurs influençait le traitement du prochain stimulus et comment elle agissait sur le comportement post-erreur. Nous avons montré que pendant l'intégration précoce des stimuli, l'activité des aires préfrontales et pariétales était modulée en fonction de la performance précédente et avait un impact sur les ajustements post-erreur. Nous proposons que la détection d'erreur ait induit un « shift » d'un mode d'inhibition automatique à un mode contrôlé qui a à son tour influencé le temps de réponse. Dans "Inter- and intra-hemispheric dissociations in ideomotor apraxia: a large-scale lesion-symptom mapping study in subacute brain-damaged patients" (Manuel et al., 2012b), nous avons examiné l'apraxie idémotrice, une incapacité à exécuter des gestes d'utilisation d'objets, chez 150 patients cérébro-lésés. Nous avons mis en avant une dissociation intra-hémisphérique pour différents types d'erreurs avec un rôle non spécifique pour les aires frontales inférieures.

Brain dynamics underlying training-induced improvement in suppressing inappropriate action.

Inhibitory control, a core component of executive functions, refers to our ability to suppress intended or ongoing cognitive or motor processes. Mostly based on Go/NoGo paradigms, a considerable amount of literature reports that inhibitory control of responses to "NoGo" stimuli is mediated by top-down mechanisms manifesting ∼200 ms after stimulus onset within frontoparietal networks. However, whether inhibitory functions in humans can be trained and the supporting neurophysiological mechanisms remain unresolved. We addressed these issues by contrasting auditory evoked potentials (AEPs) to left-lateralized "Go" and right NoGo stimuli recorded at the beginning versus the end of 30 min of active auditory spatial Go/NoGo training, as well as during passive listening of the same stimuli before versus after the training session, generating two separate 2 × 2 within-subject designs. Training improved Go/NoGo proficiency. Response times to Go stimuli decreased. During active training, AEPs to NoGo, but not Go, stimuli modulated topographically with training 61-104 ms after stimulus onset, indicative of changes in the underlying brain network. Source estimations revealed that this modulation followed from decreased activity within left parietal cortices, which in turn predicted the extent of behavioral improvement. During passive listening, in contrast, effects were limited to topographic modulations of AEPs in response to Go stimuli over the 31-81 ms interval, mediated by decreased right anterior temporoparietal activity. We discuss our results in terms of the development of an automatic and bottom-up form of inhibitory control with training and a differential effect of Go/NoGo training during active executive control versus passive listening conditions.

Deciphering neuron-glia compartmentalization in cortical energy metabolism.

Energy demand is an important constraint on neural signaling. Several methods have been proposed to assess the energy budget of the brain based on a bottom-up approach in which the energy demand of individual biophysical processes are first estimated independently and then summed up to compute the brain's total energy budget. Here, we address this question using a novel approach that makes use of published datasets that reported average cerebral glucose and oxygen utilization in humans and rodents during different activation states. Our approach allows us (1) to decipher neuron-glia compartmentalization in energy metabolism and (2) to compute a precise state-dependent energy budget for the brain. Under the assumption that the fraction of energy used for signaling is proportional to the cycling of neurotransmitters, we find that in the activated state, most of the energy ( approximately 80%) is oxidatively produced and consumed by neurons to support neuron-to-neuron signaling. Glial cells, while only contributing for a small fraction to energy production ( approximately 6%), actually take up a significant fraction of glucose (50% or more) from the blood and provide neurons with glucose-derived energy substrates. Our results suggest that glycolysis occurs for a significant part in astrocytes whereas most of the oxygen is utilized in neurons. As a consequence, a transfer of glucose-derived metabolites from glial cells to neurons has to take place. Furthermore, we find that the amplitude of this transfer is correlated to (1) the activity level of the brain; the larger the activity, the more metabolites are shuttled from glia to neurons and (2) the oxidative activity in astrocytes; with higher glial pyruvate metabolism, less metabolites are shuttled from glia to neurons. While some of the details of a bottom-up biophysical approach have to be simplified, our method allows for a straightforward assessment of the brain's energy budget from macroscopic measurements with minimal underlying assumptions.

Toimintajärjestelmien harmonisointi kansainvälisessä rakennustuotealan yrityksessä

Tämän diplomityön tavoitteena on määritellä ja antaa suuntaviivat yhtenäisen, harmonisoidun toimintajärjestelmän luomiseksi kansainvälisessä rakennustuotealan yrityksessä. Toimintajärjestelmä tarkoittaa tässä työssä laatujärjestelmän ISO 9001 sekä ympäristöjärjestelmän ISO 14001 muodostamaa kokonaisuutta. Lähtökohtaisesti yrityksessä on useita hajautettuja toimintajärjestelmiä. Tarkoituksena on antaa kehitysehdotus yhtenäisen kokonaisratkaisun toteuttamisesta järkevässä mittakaavassa. Työssä tutkitaan, millainen toimintajärjestelmä soveltuisi parhaiten yrityksen toimintaan tällä hetkellä ja lähitulevaisuudessa. Tutkimus on tehty sisäisen ja ulkoisen esikuva-analyysin sekä yrityksen sisällä luotujen toimintajärjestelmävaihtoehtojen avulla. Sisäinen esikuva-analyysi toteutettiin yhteistyössä kahden sisäisen yksikön kanssa. Ulkoisessa esikuva-analyysissä oli mukana neljä ulkoista yhteistyökumppania. Yrityksen sisällä luodut toimintajärjestelmävaihtoehdot käsittelevät erilaisia sertifiointiratkaisuja ja vaihtoehtoja arvioidaan SWOT-analyysillä yhdessä ulkoisesta esikuva-analyysistä saatujen tuloksien avulla. Työssä otetaan lisäksi kantaa toimintajärjestelmän dokumenttien hallintaan ja toimintajärjestelmän kehittämiseen. Työn tulosten perusteella voidaan nähdä, että toimintajärjestelmän sertifiointi tulevaisuudessa tapahtuisi parhaiten liiketoimintaryhmittäin. Toimintajärjestelmän sähköistä dokumenttien hallintaa tulisi tehostaa ja toimintajärjestelmästä tulisi olla liityntäpinta yrityksen toiminnanohjausjärjestelmään. Toimintajärjestelmän dokumenttien siirrettävyys eri organisaatiotasoille tehostuu yhtenäisen sähköisen järjestelmän myötä ja yrityksen virallisen kielen käyttämistä voitaisiin laajentaa toimintajärjestelmädokumentaatiossa. Järjestelmän rakenteellinen kehittäminen toteutettaisiin kehittämistoimenpiteinä organisaatiossa alhaalta ylöspäin, konsernitason ohjeistus huomioiden.

Cognitive anatomy of the temporal lobe: Effect of personality in population with mild cognitive impairment & Functional specialization for memory systems in healthy individuals.

Résumé: L'impact de la maladie d'Alzheimer (MA) est dévastateur pour la vie quotidienne de la personne affectée, avec perte progressive de la mémoire et d'autres facultés cognitives jusqu'à la démence. Il n'existe toujours pas de traitement contre cette maladie et il y a aussi une grande incertitude sur le diagnostic des premiers stades de la MA. La signature anatomique de la MA, en particulier l'atrophie du lobe temporal moyen (LTM) mesurée avec la neuroimagerie, peut être utilisée comme un biomarqueur précoce, in vivo, des premiers stades de la MA. Toutefois, malgré le rôle évident du LMT dans les processus de la mémoire, nous savons que les modèles anatomiques prédictifs de la MA basés seulement sur des mesures d'atrophie du LTM n'expliquent pas tous les cas cliniques. Au cours de ma thèse, j'ai conduit trois projets pour comprendre l'anatomie et le fonctionnement du LMT dans (1) les processus de la maladie et dans (2) les processus de mémoire ainsi que (3) ceux de l'apprentissage. Je me suis intéressée à une population avec déficit cognitif léger (« Mild Cognitive Impairment », MCI), à risque pour la MA. Le but du premier projet était de tester l'hypothèse que des facteurs, autres que ceux cognitifs, tels que les traits de personnalité peuvent expliquer les différences interindividuelles dans le LTM. De plus, la diversité phénotypique des manifestations précliniques de la MA provient aussi d'une connaissance limitée des processus de mémoire et d'apprentissage dans le cerveau sain. L'objectif du deuxième projet porte sur l'investigation des sous-régions du LTM, et plus particulièrement de leur contribution dans différentes composantes de la mémoire de reconnaissance chez le sujet sain. Pour étudier cela, j'ai utilisé une nouvelle méthode multivariée ainsi que l'IRM à haute résolution pour tester la contribution de ces sous-régions dans les processus de familiarité (« ou Know ») et de remémoration (ou « Recollection »). Finalement, l'objectif du troisième projet était de tester la contribution du LTM en tant que système de mémoire dans l'apprentissage et l'interaction dynamique entre différents systèmes de mémoire durant l'apprentissage. Les résultats du premier projet montrent que, en plus du déficit cognitif observé dans une population avec MCI, les traits de personnalité peuvent expliquer les différences interindividuelles du LTM ; notamment avec une plus grande contribution du neuroticisme liée à une vulnérabilité au stress et à la dépression. Mon étude a permis d'identifier un pattern d'anormalité anatomique dans le LTM associé à la personnalité avec des mesures de volume et de diffusion moyenne du tissu. Ce pattern est caractérisé par une asymétrie droite-gauche du LTM et un gradient antéro-postérieur dans le LTM. J'ai interprété ce résultat par des propriétés tissulaires et neurochimiques différemment sensibles au stress. Les résultats de mon deuxième projet ont contribué au débat actuel sur la contribution des sous-régions du LTM dans les processus de familiarité et de remémoration. Utilisant une nouvelle méthode multivariée, les résultats supportent premièrement une dissociation des sous-régions associées aux différentes composantes de la mémoire. L'hippocampe est le plus associé à la mémoire de type remémoration et le cortex parahippocampique, à la mémoire de type familiarité. Deuxièmement, l'activation correspondant à la trace mnésique pour chaque type de mémoire est caractérisée par une distribution spatiale distincte. La représentation neuronale spécifique, « sparse-distributed», associée à la mémoire de remémoration dans l'hippocampe serait la meilleure manière d'encoder rapidement des souvenirs détaillés sans interférer les souvenirs précédemment stockés. Dans mon troisième projet, j'ai mis en place une tâche d'apprentissage en IRM fonctionnelle pour étudier les processus d'apprentissage d'associations probabilistes basé sur le feedback/récompense. Cette étude m'a permis de mettre en évidence le rôle du LTM dans l'apprentissage et l'interaction entre différents systèmes de mémoire comme la mémoire procédurale, perceptuelle ou d'amorçage et la mémoire de travail. Nous avons trouvé des activations dans le LTM correspondant à un processus de mémoire épisodique; les ganglions de la base (GB), à la mémoire procédurale et la récompense; le cortex occipito-temporal (OT), à la mémoire de représentation perceptive ou l'amorçage et le cortex préfrontal, à la mémoire de travail. Nous avons également observé que ces régions peuvent interagir; le type de relation entre le LTM et les GB a été interprété comme une compétition, ce qui a déjà été reporté dans des études récentes. De plus, avec un modèle dynamique causal, j'ai démontré l'existence d'une connectivité effective entre des régions. Elle se caractérise par une influence causale de type « top-down » venant de régions corticales associées avec des processus de plus haut niveau venant du cortex préfrontal sur des régions corticales plus primaires comme le OT cortex. Cette influence diminue au cours du de l'apprentissage; cela pourrait correspondre à un mécanisme de diminution de l'erreur de prédiction. Mon interprétation est que cela est à l'origine de la connaissance sémantique. J'ai également montré que les choix du sujet et l'activation cérébrale associée sont influencés par les traits de personnalité et des états affectifs négatifs. Les résultats de cette thèse m'ont amenée à proposer (1) un modèle expliquant les mécanismes possibles liés à l'influence de la personnalité sur le LTM dans une population avec MCI, (2) une dissociation des sous-régions du LTM dans différents types de mémoire et une représentation neuronale spécifique à ces régions. Cela pourrait être une piste pour résoudre les débats actuels sur la mémoire de reconnaissance. Finalement, (3) le LTM est aussi un système de mémoire impliqué dans l'apprentissage et qui peut interagir avec les GB par une compétition. Nous avons aussi mis en évidence une interaction dynamique de type « top -down » et « bottom-up » entre le cortex préfrontal et le cortex OT. En conclusion, les résultats peuvent donner des indices afin de mieux comprendre certains dysfonctionnements de la mémoire liés à l'âge et la maladie d'Alzheimer ainsi qu'à améliorer le développement de traitement. Abstract: The impact of Alzheimer's disease is devastating for the daily life of the affected patients, with progressive loss of memory and other cognitive skills until dementia. We still lack disease modifying treatment and there is also a great amount of uncertainty regarding the accuracy of diagnostic classification in the early stages of AD. The anatomical signature of AD, in particular the medial temporal lobe (MTL) atrophy measured with neuroimaging, can be used as an early in vivo biomarker in early stages of AD. However, despite the evident role of MTL in memory, we know that the derived predictive anatomical model based only on measures of brain atrophy in MTL does not explain all clinical cases. Throughout my thesis, I have conducted three projects to understand the anatomy and the functioning of MTL on (1) disease's progression, (2) memory process and (3) learning process. I was interested in a population with mild cognitive impairment (MCI), at risk for AD. The objective of the first project was to test the hypothesis that factors, other than the cognitive ones, such as the personality traits, can explain inter-individual differences in the MTL. Moreover, the phenotypic diversity in the manifestations of preclinical AD arises also from the limited knowledge of memory and learning processes in healthy brain. The objective of the second project concerns the investigation of sub-regions of the MTL, and more particularly their contributions in the different components of recognition memory in healthy subjects. To study that, I have used a new multivariate method as well as MRI at high resolution to test the contribution of those sub-regions in the processes of familiarity and recollection. Finally, the objective of the third project was to test the contribution of the MTL as a memory system in learning and the dynamic interaction between memory systems during learning. The results of the first project show that, beyond cognitive state of impairment observed in the population with MCI, the personality traits can explain the inter-individual differences in the MTL; notably with a higher contribution of neuroticism linked to proneness to stress and depression. My study has allowed identifying a pattern of anatomical abnormality in the MTL related to personality with measures of volume and mean diffusion of the tissue. That pattern is characterized by right-left asymmetry in MTL and an anterior to posterior gradient within MTL. I have interpreted that result by tissue and neurochemical properties differently sensitive to stress. Results of my second project have contributed to the actual debate on the contribution of MTL sub-regions in the processes of familiarity and recollection. Using a new multivariate method, the results support firstly a dissociation of the subregions associated with different memory components. The hippocampus was mostly associated with recollection and the surrounding parahippocampal cortex, with familiarity type of memory. Secondly, the activation corresponding to the mensic trace for each type of memory is characterized by a distinct spatial distribution. The specific neuronal representation, "sparse-distributed", associated with recollection in the hippocampus would be the best way to rapidly encode detailed memories without overwriting previously stored memories. In the third project, I have created a learning task with functional MRI to sudy the processes of learning of probabilistic associations based on feedback/reward. That study allowed me to highlight the role of the MTL in learning and the interaction between different memory systems such as the procedural memory, the perceptual memory or priming and the working memory. We have found activations in the MTL corresponding to a process of episodic memory; the basal ganglia (BG), to a procedural memory and reward; the occipito-temporal (OT) cortex, to a perceptive memory or priming and the prefrontal cortex, to working memory. We have also observed that those regions can interact; the relation type between the MTL and the BG has been interpreted as a competition. In addition, with a dynamic causal model, I have demonstrated a "top-down" influence from cortical regions associated with high level cortical area such as the prefrontal cortex on lower level cortical regions such as the OT cortex. That influence decreases during learning; that could correspond to a mechanism linked to a diminution of prediction error. My interpretation is that this is at the origin of the semantic knowledge. I have also shown that the subject's choice and the associated brain activation are influenced by personality traits and negative affects. Overall results of this thesis have brought me to propose (1) a model explaining the possible mechanism linked to the influence of personality on the MTL in a population with MCI, (2) a dissociation of MTL sub-regions in different memory types and a neuronal representation specific to each region. This could be a cue to resolve the actual debates on recognition memory. Finally, (3) the MTL is also a system involved in learning and that can interact with the BG by a competition. We have also shown a dynamic interaction of « top -down » and « bottom-up » types between the pre-frontal cortex and the OT cortex. In conclusion, the results could give cues to better understand some memory dysfunctions in aging and Alzheimer's disease and to improve development of treatment.

Mechanistic population Models in Biology: Model Derivation and Application

In general, models of ecological systems can be broadly categorized as ’top-down’ or ’bottom-up’ models, based on the hierarchical level that the model processes are formulated on. The structure of a top-down, also known as phenomenological, population model can be interpreted in terms of population characteristics, but it typically lacks an interpretation on a more basic level. In contrast, bottom-up, also known as mechanistic, population models are derived from assumptions and processes on a more basic level, which allows interpretation of the model parameters in terms of individual behavior. Both approaches, phenomenological and mechanistic modelling, can have their advantages and disadvantages in different situations. However, mechanistically derived models might be better at capturing the properties of the system at hand, and thus give more accurate predictions. In particular, when models are used for evolutionary studies, mechanistic models are more appropriate, since natural selection takes place on the individual level, and in mechanistic models the direct connection between model parameters and individual properties has already been established. The purpose of this thesis is twofold. Firstly, a systematical way to derive mechanistic discrete-time population models is presented. The derivation is based on combining explicitly modelled, continuous processes on the individual level within a reproductive period with a discrete-time maturation process between reproductive periods. Secondly, as an example of how evolutionary studies can be carried out in mechanistic models, the evolution of the timing of reproduction is investigated. Thus, these two lines of research, derivation of mechanistic population models and evolutionary studies, are complementary to each other.

Innovations of ageing and societal transition : Dynamics of change of the socio-technical regime of ageing

The purpose of this dissertation is to examine the dynamics of the socio-technical system in the field of ageing. The study stems from the notion that the ageing of the population as a powerful megatrend has wide societal effects, and is not just a matter for the social and health sector. The central topic in the study is change: not only the age structures and structures of society are changing, but also at the same time there is constant development, for instance, in technologies, infrastructures and cultural perceptions. The changing concept of innovation has widened the understanding of innovations related to ageing from medical and assistive technological innovations to service and social innovations, as well as systemic innovations at different levels, which means the intertwined and co-evolutionary change in technologies, structures, services and thinking models. By the same token, the perceptions of older people and old age are becoming more multi-faceted: old age is no longer equated to illnesses and decline, but visions of active ageing and a third age have emerged, which are framed by choices, opportunities, resources and consumption in later life. The research task in this study is to open up the processes and mechanisms of change in the field of ageing, which are studied as a complex, multi-level and interrelated socio-technical system. The question is about co-effective elements consisting of macro-level landscape changes, the existing socio-technical regime (the rule system, practices and structures) and bottom-up niche-innovations. Societal transitions do not account for the things inside the regime alone, or for the long-term changes in the landscape, nor for the radical innovations, but for the interplay between all these levels. The research problem is studied through five research articles, which offer micro-level case studies to macro-level phenomenon. Each of the articles focus on different aspects related to ageing and change, and utilise various datasets. The framework of this study leans on the studies of socio-technical systems and multi-level perspective on transitions mainly developed by Frank Geels. Essential factors in transition from one socio-technological regime to another are the co-evolutionary processes between landscape changes, regime level and experimental niches. Landscape level changes, like the ageing of the population, destabilise the regime in the forms of coming pressures. This destabilization offers windows for opportunity to niche-innovations outside or at fringe of the regime, which, through their breakthrough, accelerate the transition process. However, the change is not easy because of various kinds of lock-ins and inertia, which tend to maintain the stability of the regime. In this dissertation, a constructionist approach of society is applied leaning mainly to the ideas of Anthony Giddens’ theory of structuration, with the dual nature of structures. The change is taking place in the interplay between actors and structures: structures shape people’s practices, but at the same time these practices constitute and reproduce social systems. Technology and other material aspects, as part of socio-technical systems, and the use of them, also take part in the structuration process. The findings of the study point out that co-evolutionary and co-effective relationships between economic, cultural, technological and institutional fields, as well as relationships between landscape changes, changes in the local and regime-level practices and rule systems, are a very complex and multi-level dynamic socio-technical phenomenon. At the landscape level of ageing, which creates the pressures and triggers to the regime change, there are three remarkable megatrends: demographic change, changes in the global economy and the development of technologies. These exert pressures to the socio-technical regime, which as a rule system is experiencing changes in the form of new markets and consumer habits, new ways of perceiving ageing, new models of organising the health care and other services and as new ways of considering innovation and innovativeness. There are also inner dynamics in the relationships between these aspects within the regime. These are interrelated and coconstructed: the prevailing perceptions of ageing and innovation, for instance, reflect the ageing policies, innovation policies, societal structures, organising models, technology and scientific discussion, and vice versa. Technology is part of the inner dynamics of the sociotechnological regime. Physical properties of the artefacts set limitations and opportunities with regard to their functions and uses. The use of and discussion about technology, contributes producing and reproducing the perceptions of old age. For societal transition, micro-level changes are also needed, in form of niche-innovations, for instance new services, organisational models or new technologies, Regimes, as stabilitystriven systems, tend to generate incremental innovations, but radically new innovations are generated in experimental niches protected from ‘normal’ market selection. The windows of opportunity for radical novelties may be opened if the circumstances are favourable for instance by tensions in the socio-technical regime affected by landscape level changes. This dissertation indicates that a change is taking place, firstly, in the dynamic interactionbetween levels, as a result of purposive action and governance to some extent. Breaking the inertia and using the window of opportunity for change and innovation offered by dynamics between levels, presupposes the actors’ special capabilities and actions such as dynamic capabilities and distance management. Secondly, the change is taking place the socio-technological negotiations inside the regime: interaction between technological and social, which is embodied in the use of technology. The use of technology includes small-level contextual scripts that also participate in forming broader societal scripts (for instance defining old age at the society level), which in their turn affect the formation of policies for innovation and ageing. Thirdly, the change is taking place by the means of active formation of the multi-actor innovation networks, where the role of distance management is crucial to facilitate the communication between actors coming from different backgrounds as well as to help the niches born outside the regime to utilise the window of opportunity offered by regime destabilisation. This dissertation has both theoretical and practical contributions. This study participates in the discussion of action-oriented view on transition by opening up of the socio-technological, coevolutionary processes of the multi-faceted phenomenon of ageing, which has lacked systematic analyses. The focus of this study, however, is not on the large-scale coordination and governance, but rather on opening up the incremental elements and structuration processes, which contribute to the transition little by little, and which can be affected to. This increases the practical importance of this dissertation, by highlighting the importance of very tiny, everyday elements in the change processes in the long run.

Skill Development in Music Reading. The Eye-Movement Approach

This dissertation examined skill development in music reading by focusing on the visual processing of music notation in different music-reading tasks. Each of the three experiments of this dissertation addressed one of the three types of music reading: (i) sight-reading, i.e. reading and performing completely unknown music, (ii) rehearsed reading, during which the performer is already familiar with the music being played, and (iii) silent reading with no performance requirements. The use of the eye-tracking methodology allowed the recording of the readers’ eye movements from the time of music reading with extreme precision. Due to the lack of coherence in the smallish amount of prior studies on eye movements in music reading, the dissertation also had a heavy methodological emphasis. The present dissertation thus aimed to promote two major issues: (1) it investigated the eye-movement indicators of skill and skill development in sight-reading, rehearsed reading and silent reading, and (2) developed and tested suitable methods that can be used by future studies on the topic. Experiment I focused on the eye-movement behaviour of adults during their first steps of learning to read music notation. The longitudinal experiment spanned a nine-month long music-training period, during which 49 participants (university students taking part in a compulsory music course) sight-read and performed a series of simple melodies in three measurement sessions. Participants with no musical background were entitled as “novices”, whereas “amateurs” had had musical training prior to the experiment. The main issue of interest was the changes in the novices’ eye movements and performances across the measurements while the amateurs offered a point of reference for the assessment of the novices’ development. The experiment showed that the novices tended to sight-read in a more stepwise fashion than the amateurs, the latter group manifesting more back-and-forth eye movements. The novices’ skill development was reflected by the faster identification of note symbols involved in larger melodic intervals. Across the measurements, the novices also began to show sensitivity to the melodies’ metrical structure, which the amateurs demonstrated from the very beginning. The stimulus melodies consisted of quarter notes, making the effects of meter and larger melodic intervals distinguishable from effects caused by, say, different rhythmic patterns. Experiment II explored the eye movements of 40 experienced musicians (music education students and music performance students) during temporally controlled rehearsed reading. This cross-sectional experiment focused on the eye-movement effects of one-bar-long melodic alterations placed within a familiar melody. The synchronizing of the performance and eye-movement recordings enabled the investigation of the eye-hand span, i.e., the temporal gap between a performed note and the point of gaze. The eye-hand span was typically found to remain around one second. Music performance students demonstrated increased professing efficiency by their shorter average fixation durations as well as in the two examined eye-hand span measures: these participants used larger eye-hand spans more frequently and inspected more of the musical score during the performance of one metrical beat than students of music education. Although all participants produced performances almost indistinguishable in terms of their auditory characteristics, the altered bars indeed affected the reading of the score: the general effects of expertise in terms of the two eye- hand span measures, demonstrated by the music performance students, disappeared in the face of the melodic alterations. Experiment III was a longitudinal experiment designed to examine the differences between adult novice and amateur musicians’ silent reading of music notation, as well as the changes the 49 participants manifested during a nine-month long music course. From a methodological perspective, an opening to research on eye movements in music reading was the inclusion of a verbal protocol in the research design: after viewing the musical image, the readers were asked to describe what they had seen. A two-way categorization for verbal descriptions was developed in order to assess the quality of extracted musical information. More extensive musical background was related to shorter average fixation duration, more linear scanning of the musical image, and more sophisticated verbal descriptions of the music in question. No apparent effects of skill development were observed for the novice music readers alone, but all participants improved their verbal descriptions towards the last measurement. Apart from the background-related differences between groups of participants, combining verbal and eye-movement data in a cluster analysis identified three styles of silent reading. The finding demonstrated individual differences in how the freely defined silent-reading task was approached. This dissertation is among the first presentations of a series of experiments systematically addressing the visual processing of music notation in various types of music-reading tasks and focusing especially on the eye-movement indicators of developing music-reading skill. Overall, the experiments demonstrate that the music-reading processes are affected not only by “top-down” factors, such as musical background, but also by the “bottom-up” effects of specific features of music notation, such as pitch heights, metrical division, rhythmic patterns and unexpected melodic events. From a methodological perspective, the experiments emphasize the importance of systematic stimulus design, temporal control during performance tasks, and the development of complementary methods, for easing the interpretation of the eye-movement data. To conclude, this dissertation suggests that advances in comprehending the cognitive aspects of music reading, the nature of expertise in this musical task, and the development of educational tools can be attained through the systematic application of the eye-tracking methodology also in this specific domain.

Facilitating corporate entrepreneurial behavior: A study of corporate entrepreneurial behavior in corporate banking

This study discusses the pronounced importance of corporate entrepreneurial behavior, CEB, facilitation and enablement as a key dimension in the rapidly changing business environment within companies. The research target is a large finance company in Finland, where regulations, compliance and processes restrict and refine extensively business approach. The purpose of this study is to foster the understanding of corporate entrepreneurial behavior and requirements and identify the supporters and inhibitors of facilitation of it. Furthermore, this study examines who should be driving the implementation and offer concrete outcome for the company to get the facilitation started and berth it as part of the organizational culture and values. The theoretical background is constructed from literature related to concept of corporate entrepreneurial behavior, factors supporting and hindering the facilitation based on previous studies and innovation management. Furthermore theoretical framework of middle managers entrepreneurial behavior in facilitation process was researched. Additionally top down and bottom up approach of conversational space building within the organization in order to foster innovation and involving mindset and behavior was in the core literature. The empirical research conducted for the study consists three parts; innovation audit questionnaire, semi-structured interviews and secondary data from previously made research within the case company. Questionnaire and interviews were targeted to eight middle managers within the company, the head of branch regions in corporate segment. The secondary data was collected from over 300 employees in the case company by an external company. Research results were analyzed mainly by themes and source division in adaption with the theoretical framework. The study finds that facilitation of CEB should be a strategic choice and requires strong management support and examples. Behavior should be involved with organizational culture, values, structures and processes. The companies´ willingness to take risks and encourage employees at all levels to participate and be involved by taking ownership and responsibility is in the core. CEB is found to be a key dimension in increasing employee satisfaction and engagement, competitive advantages and economic growth of companies. There is increased interest towards CEB in the case company but there is lack in the mutual consensus of it. CEB is not in the strategy although the mindset and support from management is in place. There is no concrete enablement and space for innovation and CEB although the platform would be receptive. Further research is needed to build shared vision of CEB and how to make it a part of the organizational culture and values in addition to building the conversational space.

ERP and cardiovascular correlates of source memory discrimination in older and younger adults /

There is much evidence to support an age-related decline in source memory ability. However, the underlying mechanisms responsible for this decline are not well understood. The current study was carried out to determine the electrophysiological correlates of source memory discrimination in younger and older adults. Event-related potentials (ERPs) and continuous electrocardiographic (ECG) data were collected from younger (M= 21 years) and older (M= 71 years) adults during a source memory task. Older adults were more likely to make source memory errors for recently repeated, non-target words than were younger adults. Moreover, their ERP records for correct trials showed an increased amplitude in the late positive (LP) component (400-800 msec) for the most recently presented, non-target stimuli relative to the LP noted for target items. Younger adults showed an opposite pattern, with a large LP component for target items, and a much smaller LP component for the recently repeated non-target items. Computation of parasympathetic activity in the vagus nerve was performed on the ECG data (Porges, 1985). The resulting measure, vagal tone, was used as an index of physiological responsivity. The vagal tone index of physiological responsivity was negatively related to the LP amplitude for the most recently repeated, non-target words in both groups, after accounting for age effects. The ERP data support the hypothesis that the tendency to make source memory errors on the part of older adults is related to the ability to selectively control attentional processes during task performance. Furthermore, the relationship between vagal tone and ERP reactivity suggests that there is a physiological basis to the heightened reactivity measured in the LP response to recently repeated non-target items such that, under decreased physiological resources, there is an impairment in the ability to selectively inhibit bottom-up, stimulus based properties in favour of task-related goals in older adults. The inconsistency of these results with other explanatory models of source memory deficits is discussed. It is concluded that the data are consistent with a physiological reactivity model requiring inhibition of reactivity to irrelevant, but perceptually-fluent, stimuli.

Analyse d’implantation d’un système de gestion intégrée en environnement et en santé et sécurité du travail

Les systèmes de gestion intégrée en environnement et en santé et sécurité du travail (SGI) sont un nouveau paradigme de gestion dans les organisations modernes. Ces systèmes sont construits à partir des normes ISO 14001 et d’OHSAS 18001, basées sur la prévention des risques et le principe de précaution. La littérature sur les SGI témoigne d’un marasme conceptuel prédominant depuis plus de 10 ans; elle insiste sur l’urgence d’un consensus taxinomique et conceptuel afin de définir les systèmes de gestion intégrée et de différencier le mécanisme d’intégration de celui de l’implantation. Cette lacune conceptuelle enlise les connaissances dans un fossé épistémologique, retardant ainsi le débat dans ce nouveau champ d’études. Les rares connaissances dont nous disposons dans ce domaine proviennent de quelques études théoriques et de six études empiriques, toutes préoccupées par la compatibilité des multiples systèmes et des avantages économiques de leur intégration. Les évidences engendrées par ces études sont insuffisantes pour appréhender la dynamique du nouveau paradigme dont les effets demeurent peu connus. Cette situation révèle l’urgence d’agir dans un contexte où l’utilisation des SGI se multiplie, et où leur tendance à minimiser l’importance des risques devient de plus en plus préoccupante. Aucune étude ne s’est encore penchée sur l’implantation d’un SGI en environnement et en santé et sécurité du travail construit uniquement à partir des normes ISO 14001 et d’OHSAS 18001. Cette connaissance est importante pour expliquer les effets de tels systèmes. C’est dans cette perspective que nous avons réalisé cette première étude empirique d’un SGI selon les normes ISO 14001 et d’OHSAS 18001. Nos questions de recherche portent sur le mode, le degré d’implantation, les effets du SGI, ainsi que sur les facteurs contextuels qui interviennent pour expliquer les variations dans le degré d’implantation et les effets du SGI. Il s’agit d’une recherche à prélèvement qualitatif qui repose sur un devis d’étude de cas, avec des niveaux d’analyse imbriqués, et comportant une double visée descriptive et explicative. Notre échantillon, de type raisonné, regroupait trente-cinq intervenants provenant de différentes instances hiérarchiques ; il incluait également des représentants syndicaux. Notre échantillon était composé de 7 usines, accréditées aux normes ISO 14001, OHSAS 18001, et dispersées dans différentes villes du Québec. Ces usines différaient tant par leur technologie, leur âge, leur taille, et leurs types de production. Nos données ont été recueillies en 2004; elles sont basées sur des entrevues semi dirigées, sur des observations directes lors de la visite des lieux; elles s’appuient aussi sur des consultations de documents internes et sur des outils électroniques implantés. La transcription des entrevues effectuée, le contenu des discours a été catégorisé selon les cinq dimensions du SGI: engagement, planification, mise en opération, contrôle et revue de la direction. Une condensation horizontale avait précédé l’analyse de chaque cas et l’analyse transversale des cas selon une approche à la fois inductive et déductive. Les résultats de notre recherche ont révélé deux modes d’implantation : le mode d’enrichissement et le mode de fusion. Ces modes dépendaient de la nature des structures fonctionnelles en place. La visée d’amélioration continue à la base du SGI n’avait pas réussi à concilier les approches traditionnelles bottom up et top down qui ont dominé cette implantation; son mécanisme était guidé par 4 types de stratégies : l’économie des ressources, le contrôle des forces d’influences, la stratégie des fruits faciles à cueillir et la stratégie à petits pas. Pour analyser le degré d’implantation, nous avons tenu compte de l’effort de structuration du SGI et de la force d’utilisation des processus implantés à chacune des cinq dimensions du SGI. Les résultats de notre recherche révèlent une variabilité certaine du degré d’implantation entre les usines d’une part, et entre les processus associés aux cinq dimensions du SGI d’autre part. L’analyse des discours a permis de produire cinq hypothèses qui soutiennent l’effort de structuration et la force d’utilisation du SGI: (i) l’hypothèse de la force de cohésion, (ii) l’hypothèse de la spécificité du processus, (iii) l’hypothèse de la portée du processus, (iv) l’hypothèse de la capacité organisationnelle, (v) l’hypothèse de l’acceptation du changement. L’implantation du SGI était soumise à l’influence de multiples facteurs; ils étaient de nature politique, structurelle et organisationnelle. Ces facteurs avaient agi sur le processus d’implantation en amorçant une cascade d’interactions au cours desquelles leurs forces d’influences se renforçaient, se neutralisaient ou s’additionnaient pour affecter le degré d’implantation. Les facteurs facilitant touchaient surtout l’effort de structuration ; ils incluaient : l’expérience des systèmes de gestion, l’implication de la direction, celle du syndicat ou du CSS, la structure organisationnelle, le niveau d’éducation, l’âge et la taille de l’usine. Quant aux facteurs contraignants, ils agissaient sur la force d’utilisation ; ils incluaient : la lourdeur procédurale, le manque de temps, le manque de formation, le manque de ressources, la culture organisationnelle, la structure organisationnelle, le fossé intergénérationnel, l’absence du syndicat et l’âge de l’usine. Trois effets proximaux escomptés par l’entreprise ont été observés. (i) La rigueur de la gestion était associée à l’application des exigences du SGI; elle touchait la gouvernance en environnement et en santé et sécurité du travail, les mécanismes de gestion et les procédés de production. (ii) La standardisation était reliée au mode d’implantation du SGI; elle concernait les pratiques, les outils, les méthodes de travail et l’organisation des ressources. (iii) La rupture des silos est un effet relié au mode d’implantation du SGI; elle touchait les structures départementales, les frontières professionnelles, les relations et climat de travail. Ces effets proximaux avaient provoqué plusieurs effets émergents, plus distaux: une augmentation du pouvoir de contrôle syndical, un renforcement de la légitimité des recommandations soumises par les spécialistes professionnels, la création de réseaux inter organisationnels et le transfert du savoir. L’implantation du SGI avait transformé la gouvernance et les pratiques en environnement et en santé et sécurité du travail dans les sept usines. Toutefois, elle ne semblait pas garantir l’immunité du processus de gestion des risques à l’environnement ni à la santé et sécurité du travail. Sa capacité à diluer les risques devait retenir l’attention des politiques de santé publiques et des programmes de prévention des risques à l’environnement et à la santé et sécurité du travail. L’amélioration de la gestion des risques demeurait un effet attendu non observé et soumis à des facteurs contextuels qui pourraient l’empêcher de se concrétiser. À cet égard, le transfert du savoir, renforcé par l’émergence des réseaux inter organisationnels, semblait offrir une avenue beaucoup plus prometteuse et accessible. C’est l’une des contributions de cette recherche. Elle a aussi (i) proposé une typologie des modes d’implantation et des effets du SGI (ii) préconisé une méthode détaillée d’une meilleure appréciation du degré d’implantation (iii) précisé le rôle des facteurs contextuels dans l’explication des variations du degré d’implantation et dans la production des effets, (iv) proposé des hypothèses sur la structuration et l’utilisation du SGI (v) offert une perspective plurielle et approfondie de la dynamique de l’implantation du SGI grâce à la variété de l’échantillon des répondants et des usines. Il s’agit de la première étude de terrain dans le domaine. À notre connaissance, aucune autre étude n’a eu de tels résultats. Mots Clés : ISO 14001, OHSAS 18001, gestion intégrée, environnement, santé et sécurité du travail, risques environnementaux, risques en santé et sécurité du travail, analyse d’implantation, degré d’implantation, SGI, transfert du savoir.

L'innovation dans l'armée française durant la guerre d'Algérie

Au cours des dernières décennies, l’augmentation du nombre de guerres irrégulières place les armées modernes dans une situation délicate. Pour pouvoir relever ce nouveau défi, ces organisations militaires, avant tout destinées à mener des guerres interétatiques, se doivent d’innover. Plusieurs cas historiques montrent comment, face à de nouvelles formes de conflit, certaines armées se sont lancées dans un processus d’innovation. Le cas de l’armée française en Algérie en est un. L’objectif de ce mémoire est de comprendre comment l’innovation a émergé lors du conflit, et comment elle s’est diffusée au sein de l’organisation militaire. Un survol de la stratégie française en Algérie va permettre de dégager trois principales innovations : La mise en place de la doctrine de la guerre révolutionnaire, la création des Sections Administratives Spécialisées et l’approche de David Galula. L’étude de ses trois cas nous montre que, durant la Guerre d’Algérie, l’innovation provenait principalement des militaires, plus précisément du sommet de la hiérarchie. Cependant, certains exemples d’innovation par le bas existent. Dans ces cas-là, la diffusion se fera via la doctrine informelle. L’exemple de Galula nous prouve néanmoins qu’une innovation se diffuse beaucoup plus difficilement lorsqu’elle émane des hommes de terrain.

Amorçage cognitif pour amélioration de l’acquisition de la connaissance dans un système tutoriel intelligent

Cette thèse vise à définir une nouvelle méthode d’enseignement pour les systèmes tutoriels intelligents dans le but d’améliorer l’acquisition des connaissances. L’apprentissage est un phénomène complexe faisant intervenir des mécanismes émotionnels et cognitifs de nature consciente et inconsciente. Nous nous intéressons à mieux comprendre les mécanismes inconscients du raisonnement lors de l’acquisition des connaissances. L’importance de ces processus inconscients pour le raisonnement est bien documentée en neurosciences, mais demeure encore largement inexplorée dans notre domaine de recherche. Dans cette thèse, nous proposons la mise en place d’une nouvelle approche pédagogique dans le domaine de l’éducation implémentant une taxonomie neuroscientifique de la perception humaine. Nous montrons que cette nouvelle approche agit sur le raisonnement et, à tour de rôle, améliore l’apprentissage général et l’induction de la connaissance dans un environnement de résolution de problème. Dans une première partie, nous présentons l’implémentation de notre nouvelle méthode dans un système tutoriel visant à améliorer le raisonnement pour un meilleur apprentissage. De plus, compte tenu de l’importance des mécanismes émotionnels dans l’apprentissage, nous avons également procédé dans cette partie à la mesure des émotions par des capteurs physiologiques. L’efficacité de notre méthode pour l’apprentissage et son impact positif observé sur les émotions a été validée sur trente et un participants. Dans une seconde partie, nous allons plus loin dans notre recherche en adaptant notre méthode visant à améliorer le raisonnement pour une meilleure induction de la connaissance. L’induction est un type de raisonnement qui permet de construire des règles générales à partir d’exemples spécifiques ou de faits particuliers. Afin de mieux comprendre l’impact de notre méthode sur les processus cognitifs impliqués dans ce type de raisonnement, nous avons eu recours à des capteurs cérébraux pour mesurer l’activité du cerveau des utilisateurs. La validation de notre approche réalisée sur quarante-trois volontaires montre l’efficacité de notre méthode pour l’induction de la connaissance et la viabilité de mesurer le raisonnement par des mesures cérébrales suite à l’application appropriée d’algorithmes de traitement de signal. Suite à ces deux parties, nous clorons la thèse par une discussion applicative en décrivant la mise en place d’un nouveau système tutoriel intelligent intégrant les résultats de nos travaux.

Les effets de la distance physique sur les processus attentionnels sont dépendants de la similarité distracteur-cible : étude à partir des potentiels reliés aux évènements

L’attention visuelle est un processus cognitif qui priorise le traitement de l’information visuelle d’une région particulière du champ visuel. En électroencéphalographie, la méthode des potentiels reliés aux évènements permet l’extraction de composantes associées à divers processus cognitifs. La N2pc, une composante latéralisée caractérisée par une déflexion négative entre 180 et 300 ms post-stimulus du côté controlatéral à l’hémichamp dans lequel l’attention est déployée, reflète les processus impliqués dans le déploiement de l’attention visuo-spatiale. De nombreuses études antérieures ont soulevé plusieurs facteurs pouvant moduler cette composante, provenant d’autant de processus de bas niveau que de processus de haut niveau. Cette présente étude comporte une série d’expériences qui approfondit les connaissances sur le rôle de l’attention sur le traitement et la représentation des items dans les champs récepteurs des aires extrastriées du cortex visuel. Ces études démontrent ainsi que l’attention peut effectivement éliminer l’influence d’un distracteur dissimilaire à la cible lorsque celui-ci se retrouve dans le même champ visuel que l’item auquel l’attention est attribuée. Cependant, lorsque l’item est similaire à la cible, son influence ne peut être éliminée. De plus, cette présente étude identifie le rôle des filtres précoces et tardifs de haut niveau sur la sélection attentionnelle.