A Spiking Neural Network Model of the Medial Superior Olive using Spike Timing Dependent Plasticity for Sound Localisation

Sound localization can be defined as the ability to identify the position of an input sound source and is considered a powerful aspect of mammalian perception. For low frequency sounds, i.e., in the range 270 Hz-1.5 KHz, the mammalian auditory pathway achieves this by extracting the Interaural Time Difference between sound signals being received by the left and right ear. This processing is performed in a region of the brain known as the Medial Superior Olive (MSO). This paper presents a Spiking Neural Network (SNN) based model of the MSO. The network model is trained using the Spike Timing Dependent Plasticity learning rule using experimentally observed Head Related Transfer Function data in an adult domestic cat. The results presented demonstrate how the proposed SNN model is able to perform sound localization with an accuracy of 91.82% when an error tolerance of +/-10 degrees is used. For angular resolutions down to 2.5 degrees , it will be demonstrated how software based simulations of the model incur significant computation times. The paper thus also addresses preliminary implementation on a Field Programmable Gate Array based hardware platform to accelerate system performance.

Spiking neural network model of sound localisation using the interaural intensity difference

In this paper, a spiking neural network (SNN) architecture to simulate the sound localization ability of the mammalian auditory pathways using the interaural intensity difference cue is presented. The lateral superior olive was the inspiration for the architecture, which required the integration of an auditory periphery (cochlea) model and a model of the medial nucleus of the trapezoid body. The SNN uses leaky integrateand-fire excitatory and inhibitory spiking neurons, facilitating synapses and receptive fields. Experimentally derived headrelated transfer function (HRTF) acoustical data from adult domestic cats were employed to train and validate the localization ability of the architecture, training used the supervised learning algorithm called the remote supervision method to determine the azimuthal angles. The experimental results demonstrate that the architecture performs best when it is localizing high-frequency sound data in agreement with the biology, and also shows a high degree of robustness when the HRTF acoustical data is corrupted by noise.

Cognitive robotics: a new approach to simultaneous localisation and mapping

Most simultaneous localisation and mapping (SLAM) solutions were developed for navigation of non-cognitive robots. By using a variety of sensors, the distances to walls and other objects are determined, which are then used to generate a map of the environment and to update the robot’s position. When developing a cognitive robot, such a solution is not appropriate since it requires accurate sensors and precise odometry, also lacking fundamental features of cognition such as time and memory. In this paper we present a SLAM solution in which such features are taken into account and integrated. Moreover, this method does not require precise odometry nor accurate ranging sensors.

Immunocytochemical localisation of microtubule-associated proteins 1b and 2 in the developing rat spinal cord.

The straightforward anatomical organisation of the developing and mature rat spinal cord was used to determine and interpret the time of appearance and expression patterns of microtubule-associated proteins (MAP) 1b and 2. Immunoblots revealed the presence of MAP1b and 2 in the early embryonic rat spinal cord and confirmed the specificity of the used anti-MAP mouse monoclonal antibodies. The immunocytochemical data demonstrated a rostral-to-caudal and ventral-to-dorsal gradient in the expression of MAP1b/2 within the developing spinal cord. In the matrix layer, MAP1b was found in a distinct radial pattern distributed between the membrana limitans interna and externa between embryonal day (E)12 and E15. Immunostaining for vimentin revealed that this MAP1b pattern was morphologically and topographically different from the radial glial pattern which was present in the matrix layer between E13 and E19. The ventral-to-dorsal developmental gradient of the MAP1b staining in the spinal cord matrix layer indicates a close involvement of MAP1b either in the organisation of the microtubules in the cytoplasmatic extensions of the proliferating neuroblasts or neuroblast mitosis. MAP2 could not be detected in the developing matrix layer. In the mantle and marginal layer, MAP1b was abundantly present between E12 and postnatal day (P)0. After birth, the staining intensity for MAP1b gradually decreased in both layers towards a faint appearance at maturity. The distribution patterns suggest an involvement of MAP1b in the maturation of the motor neurons, the contralaterally and ipsilaterally projecting axons and the ascending and descending long axons of the rat spinal cord. MAP2 was present in the spinal cord grey matter between E12 and maturity, which reflects a role for MAP2 in the development as well as in the maintenance of microtubules. The present description of the expression patterns of MAP1b and 2 in the developing spinal cord suggests important roles of the two proteins in various morphogenetic events. The findings may serve as the basis for future studies on the function of MAP1b and 2 in the development of the central nervous system.

Biochemical and histological investigations of viral localisation in the hypersensitive reaction of Phaselous vulgaris L. var Pinto to tobacco mosaic virus infection

STOBBS, Lorne,W ABSTRACT Biochemical and Histological Investigations of viral localisation in the hypersensitive reaction of Phaseolus vulgaris L. var Pinto to tobacco mosaic virus infection. The infection of Phaseolus vulgaris L. var Pinto with tobacco mosaic virus (TMV) results in the production of distinct necrotic lesions confining the virus to restricted areas of the leaf surface. Biochemical and histological changes in the leaf tissue as a result of infection have been described. Trace accumulations of fluorescent metabolites, detected prior to lesion expression represent metabolites produced, by the cell in response to virus infection. These substances, are considered to undergo oxidation and in diffusing into adjacent cells, react with cellular constituents causing the death of these cells. Such cellular necrosis in advance of infection effectively limits virus spread. Chromatographic studies on extracts from TMV infected Pinto bean leaf tissue suggests that a number of extra-fluorescent metabolites produced on lesion'expression represent end products of phenolic oxidation r,eactionsoccurring earlier in these cells. Inhibition of phenolic oxidation by ascorbate infiltration or elevated temperature treatment resulted in the absence of extra-fluorescent metabolites and the continued movement of virus in the absence of necrosis. Further studies with i ascorbate infiltration indicated that irreversible necrotic events were determined as early as 12 tci 18 hrs after viral inoculation. Histochemical tests indicated that callose formation was initiated at this time, and occurred in response to necrotisation. Inhibition of necrosis by either ascorbate infiltration or elevated temp8rature treatment resulted in the absence of callose deposition. Scanning electron'micrographs of infected tissue revealed severe epidermal and palisade cell damage. Histochemical tests indicated extensive callose formation in cells bordering the lesion, and suggested the role of callose iTh the blockage of intercellular connections limiting virus movement. The significance of these cellular changes is discussed. ii

Les décisions de localisation des entreprises dans les provinces canadiennes.

Rapport de recherche

L'impact de la fiscalite sur la localisation des investissements au canada, 1971-1988.

Rapport de recherche

A mechanism for co-transcriptional recruitment of mRNA localization factor on nascent mRNAs in budding yeast

Le transport et la localisation des ARN messagers permettent de réguler l’expression spatiale et temporelle de facteurs spécifiques impliqués dans la détermination du destin cellulaire, la plasticité synaptique, la polarité cellulaire et la division asymétrique des cellules. Chez S.cerevisiæ, plus de trente transcrits sont transportés activement vers le bourgeon cellulaire. Parmi ces transcrits, l’ARNm ASH1 (asymetric synthesis of HO) est localisé à l’extrémité du bourgeon pendant l’anaphase. Ce processus va entrainer une localisation asymétrique de la protéine Ash1p, qui sera importée uniquement dans le noyau de la cellule fille, où elle entraine le changement de type sexuel. La localisation asymétrique de l’ARNm ASH1, et donc de Ash1p, implique la présence de différents facteurs de localisation. Parmi ces facteurs, les protéines She (She1p/Myo4p, She2p et She3p) et les répresseurs traductionnels (Puf6p, Loc1p et Khd1p) participent à ce mécanisme. La protéine navette She2p est capable de lier l’ARNm ASH1 et va entrainer le ciblage de cet ARNm vers l’extrémité du bourgeon en recrutant le complexe She3p-Myo4p. Des répresseurs traductionnels régulent la traduction de cet ARNm et évitent l’expression ectopique de la protéine Ash1p pendant son transport. Alors que la fonction cytoplasmique de She2p sur la localisation des ARNm est connue, sa fonction nucléaire est encore inconnue. Nous avons montré que She2p contient une séquence de localisation nucléaire non classique qui est essentielle à son import nucléaire médié par l’importine α (Srp1p). L’exclusion de She2p du noyau par mutation de son NLS empêche la liaison de Loc1p et Puf6p sur l’ARNm ASH1, entrainant un défaut de localisation de l’ARNm et de la protéine. Pour étudier plus en détail l’assemblage de la machinerie de localisation des ARNm dans le noyau, nous avons utilisé des techniques d’immunoprécipitation de chromatine afin de suivre le recrutement des facteurs de localisation et des répresseurs traductionnels sur les ARNm naissants. Nous avons montré que She2p est recruté sur le gène ASH1 pendant sa transcription, via son interaction avec l’ARNm ASH1 naissant. Puf6p est également recruté sur ASH1, mais d’une manière dépendante de la présence de She2p. De façon intéressante, nous avons détecté une interaction entre She2p et la plus grande sous-unité de l’ARN polymérase II (Rpb1p). Cette interaction est détectée avec la forme active en élongation de l’ARN polymérase II. Nous avons également démontré que She2p interagit avec le complexe d’élongation de la transcription Spt4p/Spt5p. Une délétion de SPT4 ou une mutation dans SPT5 (Ts spt5) à température restrictive empêche l’interaction entre She2p et Rpb1p, et diminue le recrutement de She2p au gène ASH1, entrainant un défaut de localisation de l’ARNm et un défaut de localisation asymétrique de la protéine Ash1p. De manière globale, nos résultats montrent que les facteurs impliqués dans la localisation cytoplasmique des ARNm et dans leur contrôle traductionnel sont recrutés de façon co-transcriptionnelle sur les ARNm naissants via leur interaction avec la machinerie de transcription, suggèrant un rôle important de la machinerie transcriptionelle dans la localisation des ARNm.

Expression et localisation du système endocannabinoïde dans la rétine du singe

Les effets de la marijuana, un médicament utilisé par l’homme depuis des millénaires, sur le système visuel sont peu connus. Une meilleure connaissance de la distribution du système endocannabinoïde (eCB) de la rétine pourrait expliquer comment cette drogue affecte la vision. Cette étude vise à caractériser la distribution du récepteur cannabinoïde CB1 (CB1R) et de l’enzyme de dégradation FAAH (“fatty acid amide hydrolase”) des ligands du CB1R dans la rétine du singe Vert (Chlorocebus sabaeus). De plus, elle vise à déterminer quelles sous-populations cellulaires de la rétine expriment ces composantes. La plupart des études à ce jour ont été conduites surtout sur les rongeurs et peu de travaux ont été réalisés chez le singe. Notre étude vient donc combler cette carence. Par le biais de méthodes immunohistochimiques, nous avons investigué la localisation du CB1R et de l’enzyme FAAH à différentes excentricités rétiniennes, de la fovéa centralis vers la périphérie. Nos résultats, en accord avec notre hypothèse de travail, démontrent que CB1R et FAAH sont exprimés à travers toute la rétine mais avec, cependant, des différences notoires. Au niveau de la couche des photorécepteurs, CB1R est exprimé préférentiellement dans les cônes et ce patron d’expression suit la distribution des photorécepteurs centre-périphérie. De plus, CB1R se retrouve surtout dans les pédicules des cônes de la couche plexiforme externe. CB1R et FAAH sont abondants dans les cellules bipolaires tant au centre qu’en périphérie. Le soma et l’axone des cellules ganglionnaires expriment aussi CB1R et FAAH. Ces données suggèrent que le système eCB est présent à travers toute la rétine du primate et pourrait expliquer les perturbations visuelles entrainées par la marijuana, telles la photosensibilité et la vision des couleurs.

Analyse de la localisation génomique et identification de nouvelles fonctions des sous-unités Rpb4/Rpb7 de l’ARN polymérase II et des facteurs TFIIF, TFIIS et UBR5

Grâce à un grand nombre d’études biochimiques, génétiques et structurales effectuées dans les dernières années, des avancements considérables ont été réalisés et une nouvelle vision du processus par lequel la machinerie transcriptionnelle de l’ARN polymérase II (Pol II) décode l’information génétique a émergé. De nouveaux indices ont été apportés sur la diversité des mécanismes de régulation de la transcription, ainsi que sur le rôle des facteurs généraux de transcription (GTFs) dans cette diversification. Les travaux présentés dans cette thèse amènent de nouvelles connaissances sur le rôle des GTFs humains dans la régulation des différentes étapes de la transcription. Dans la première partie de la thèse, nous avons analysé la fonction de la Pol II et des GTFs humains, en examinant de façon systématique leur localisation génomique. Les patrons obtenus par immunoprécipitation de la chromatine (ChIP) des versions de GTFs portant une étiquette TAP (Tandem-Affinity Purification) indiquent de nouvelles fonctions in vivo pour certains composants de cette machinerie et pour des éléments structuraux de la Pol II. Nos résultats suggèrent que TFIIF et l’hétérodimère Rpb4–Rpb7 ont une fonction spécifique pendant l’étape d’élongation transcriptionnelle in vivo. De plus, notre étude amène une première image globale de la fonction des GTFs pendant la réaction transcriptionnelle dans des cellules mammifères vivantes. Deuxièmement, nous avons identifié une nouvelle fonction de TFIIS dans la régulation de CDK9, la sous-unité kinase du facteur P-TEFb (Positive Transcription Elongation Factor b). Nous avons identifié deux nouveaux partenaires d’interaction pour TFIIS, soit CDK9 et la E3 ubiquitine ligase UBR5. Nous montrons que UBR5 catalyse l’ubiquitination de CDK9 in vitro. De plus, la polyubiquitination de CDK9 dans des cellules humaines est dépendante de UBR5 et TFIIS. Nous montrons aussi que UBR5, CDK9 and TFIIS co-localisent le long du gène  fibrinogen (FBG) et que la surexpression de TFIIS augmente les niveaux d’occupation par CDK9 de régions spécifiques de ce gène, de façon dépendante de UBR5. Nous proposons que TFIIS a une nouvelle fonction dans la transition entre les étapes d’initiation et d’élongation transcriptionnelle, en régulant la stabilité des complexes CDK9-Pol II pendant les étapes précoces de la transcription.

Rôles des protéines Staufen 1 et 2 dans la plasticité synaptique des cellules pyramidales hippocampiques

La mémoire et l’apprentissage sont des phénomènes complexes qui demeurent encore incertains quant aux origines cellulaire et moléculaire. Il est maintenant connu que des changements au niveau des synapses, comme la plasticité synaptique, pourraient déterminer la base cellulaire de la formation de la mémoire. Alors que la potentialisation à long-terme (LTP) représente un renforcement de l’efficacité de transmission synaptique, la dépression à long-terme (LTD) constitue une diminution de l’efficacité des connexions synaptiques. Des études ont mis à jour certains mécanismes qui participent à ce phénomène de plasticité synaptique, notamment, les mécanismes d’induction et d’expression, ainsi que les changements morphologiques des épines dendritiques. La grande majorité des synapses excitatrices glutamatergiques se situe au niveau des épines dendritiques et la présence de la machinerie traductionnelle près de ces protubérances suggère fortement l’existence d’une traduction locale d’ARNm. Ces ARNm seraient d’ailleurs acheminés dans les dendrites par des protéines pouvant lier les ARNm et assurer leur transport jusqu’aux synapses activées. Le rôle des protéines Staufen (Stau1 et Stau2) dans le transport, la localisation et dans la régulation de la traduction de certains ARNm est bien établi. Toutefois, leur rôle précis dans la plasticité synaptique demeure encore inconnu. Ainsi, cette thèse de doctorat évalue l’importance des protéines Staufen pour le transport et la régulation d’ARNm dans la plasticité synaptique. Nous avons identifié des fonctions spécifiques à chaque isoforme; Stau1 et Stau2 étant respectivement impliquées dans la late-LTP et la LTD dépendante des récepteurs mGluR. Cette spécificité s’applique également au rôle que chaque isoforme joue dans la morphogenèse des épines dendritiques, puisque Stau1 semble nécessaire au maintien des épines dendritiques matures, alors que Stau2 serait davantage impliquée dans le développement des épines. D’autre part, nos travaux ont permis de déterminer que la morphogenèse des épines dendritiques dépendante de Stau1 était régulée par une plasticité synaptique endogène dépendante des récepteurs NMDA. Finalement, nous avons précisé les mécanismes de régulation de l’ARNm de la Map1b par Stau2 et démontré l’importance de Stau2 pour la production et l’assemblage des granules contenant les transcrits de la Map1b nécessaires pour la LTD dépendante des mGluR. Les travaux de cette thèse démontrent les rôles spécifiques des protéines Stau1 et Stau2 dans la régulation de la plasticité synaptique par les protéines Stau1 et Stau2. Nos travaux ont permis d’approfondir les connaissances actuelles sur les mécanismes de régulation des ARNm par les protéines Staufen dans la plasticité synaptique. MOTS-CLÉS EN FRANÇAIS: Staufen, hippocampe, plasticité synaptique, granules d’ARN, traduction, épines dendritiques.

Pro-fibrotic role of ERK3-MK5 during pressure-overload induced cardiac hypertrophy

Il y a 4 isoforme de p38 : α, β, δ, and γ. MK5, à l'origine identifié comme étant un régulateur de PRAK (Regulated/Activated Protein Kinase), est maintenant connu pour être activée par la protéine kinase p38 (qui est un mitogène activé par la protéine kinase, MAPK). Cette dernière est impliquée dans les mécanismes de fibrose et d'apoptose pendant l'hypertrophie cardiaque. De plus, MK5 est également activée par les MAPKs atypiques; ERK3 et ERK4. Bien qu’elles soient fortement exprimées dans le coeur, le rôle physiologique de MK5 et ERK3 demeure inconnu. Par conséquent, nous avons étudié l'effet de la constriction aortique transversale (TAC) – induisant un surcharge chronique de pression chez les souris hétèrozygotes knockout pour MK5 (MK5+/-) ou ERK3 (ERK3+/-) et pour leurs types sauvages (MK5+/+ et ERK3+/+). Deux sem post-TAC; le ratio de poids du coeur/poids corporel a été augmenté chez les 2 souris MK5+/- et MK5+/+. L'échocardiographie de la trans-thoracique démontre que la surcharge de pression a altéré la fonction diastolique du ventricule gauche chez MK5+/+, mais pas chez la souris MK5+/-. De plus, nous avons observé moins de dépôt de collagène, évalué par une coloration au trichrome de Masson, 2 et 3 sem post-TAC chez les souris MK5+/-. Parallèlement, le niveau de l’ARNm de collagène type1 alpha-1 a été significativement diminué dans les coeurs des souris MK5+/-, 2 et 3 sem post-TAC. De même, ERK3, mais pas ERK5 ni p38α, co-IP avec MK5 dans les 2 modèles des coeurs TAC; aigus ou chroniques. En revanche, l’ajout exogénique de GST-MK5 a abaissé ERK4 et p38α, mais pas ERK3 dans les lysâtes de coeur de souris. Par contre, GST-ERK3 et GST-p38α ne démontrent aucune co-IP avec MK5. Ces données suggèrent que dans le coeur seul ERK3, et non ERK4 ou p38α, est capable d’interagir avec, et réguler MK5. A niveau physiologique MK5 interagit entièrement avec ERK3 et par conséquent MK5 n’est pas disponible pour lier les protéines exogéniques. Les souris hétérozygotes pour ERK3 (ERK3+/-) ont également démontré une réduction ou une absence de collagène et une faible expression d’ARNm du collagène type1 alpha1, 3 sem post-TAC. Ces résultats démontrent un important rôle pro-fibrotique de la signalisation MK5-ERK3 pendant une surcharge chronique de pression.Nous avons également démontré 5 variant d'épissage de (MK5.1-5), y compris la forme originale (MK5.1). MK5.2 et MK5.5 subissent une délétion de 6 paires de base dans l’exon 12 : MK5.3 manque l'exon 12 : MK5.4 et MK5.5 manquent les exons 2-6. L'expression des ARNm des différents variant d'épissage a été vérifiée par PCR en temps réel (qPCR). Bien que l’expression est ubiquitaire, l'abondance relative de chaque variant était tissu-spécifique (coeur, rein, pancréas, muscle squelettique, poumon, foie, et cerveau). En plus, l'abondance relative des variant d’épissage varie pendant la surcharge de pression et le développement postnatal du coeur. En outre, l'immunofluorescence a indiqué que MK5.1-5.3 se localise au noyau alors que MK5.4-5.5 est situé au niveau cytoplasmic dans les cellules HEK 293 non stimulées. Suite à une stimulation avec l'anisomycin, un activateur de p38 MAPK, MK5.1-5.3 se translocalise du noyau au cytoplasme alors qu’une petite fraction de MK5.4-5.5 translocalise vers le noyau. Ces variant d'épissage peuvent diversifier la signalisation de MK5-ERK3 dans coeur, mais leur rôle exact oblige des recherches supplémentaires. Excepté l’isoforme δ, toutes les isoformes de p38 sont exprimées dans le coeur et la forme α est considérée comme étant l'isoforme dominante. L’analyse par qPCR et immunobuvardage de type western ont démontré que p38α et p38γ sont les deux isoformes prédominantes alors que p38β et p38δ sont exprimées aux mêmes niveaux dans le coeur de rat adulte. L'immunofluorescence a démontré que p38α et p38γ se trouvent dans le cytoplasme et le noyau. Cependant, suite à la surcharge par TAC, p38γ s'est accumulé dans noyau tandis que la distribution de p38α est demeurée inchangée. Ainsi, l'abondance de p38γ et sa translocalisation nucléaire suite à la surcharge de pression indique un rôle potentiel dans l'expression génique pendant le remodelage cardiaque. En conclusion, nous avons mis en évidence pour la première fois un rôle pro-fibrotique pour la signalisation MK5-ERK3 pendant une surcharge chronique de pression. D'ailleurs, les niveaux comparables d'expression de p38γ avec p38α, et la localisation différentielle de p38γ pendant la surcharge aiguë ou chronique de pression suggèrent différents rôles possibles pour ces isoformes pendant le remodelage hypertrophique cardiaque.

L’information de localisation à Montréal : une exploration

Ce mémoire de maîtrise est une recherche exploratoire sur les expériences de localisation vécues dans l’espace urbain montréalais par des sujets en relation à l’information dite « de localisation ». La localisation est un processus d’orientation spatiale où l’emplacement d’un lieu dans l’espace est un problème à résoudre. Cette exploration est basée sur la théorisation de l’information proposée par Bateson (1972) et le développement du concept de dispositif par Belin (2002) et Agamben (2007) à la suite de Foucault, la localisation étant le concept empirique exploratoire. Le processus de localisation est investigué quant à son caractère médiatique : l’information de localisation est le medium qui, en étant un résultat et une cause de l’action, donne forme à ce processus mené par l’effort. Un travail de terrain ethnométhodologique déployé par le biais d’observations empiriques et d’entrevues qualitatives permet d’identifier certaines conditions qui rendent possibles, dans la vie quotidienne, les relations entre l’information de localisation, l’espace urbain et un sujet. Étant majoritairement vécue lors de déplacements présents, futurs ou passés, la localisation est ainsi conceptualisée en tant que wayfinding : l’action de déterminer quelles voies ou trajets emprunter pour se rendre d’un point A à un point B. Ce mémoire est en réalité une problématisation ouverte qui vise à explorer et identifier certains enjeux qui sont au cœur des processus de localisation dans l’espace urbain montréalais. Si « [l]e fait humain par excellence », comme le souligne Leroi-Gouhran (1965) « est peut-être moins la création de l’outil que la domestication du temps et de l’espace » (p. 139), le fait d’habiter en un certain temps et en un certain espace est en soi une relation problématique de confiance. Le vivant et le non-vivant habitent des espaces aménagés qui sont continuellement transformés par leur détermination mutuelle. En partant du constat que l’environnement construit se déploie en étant produit et aménagé dans des dispositions où certains de nos gestes sont délégués, peut-on envisager être libre sans (se) faire confiance ?

Localisation sonore chez les aveugles : l'influence de l'âge de survenue de la cécité

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal