CUBEs: decoupled, compact, and monolithic spatial translational compliant parallel manipulators

This paper deals with the conceptual design of decoupled, compact, and monolithic XYZ compliant parallel manipulators (CPMs): CUBEs. Position spaces of compliant P (P: prismatic) joints are first discussed, which are represented by circles about the translational directions. A design method of monolithic XYZ CPMs is then proposed in terms of both the kinematic substitution method and the position spaces. Three types of monolithic XYZ CPMs are finally designed using the proposed method with the help of three classes of kinematical decoupled 3-DOF (degree of freedom) translational parallel mechanisms (TPMs). These monolithic XYZ CPMs include a 3-PPP XYZ CPM composed of identical parallelogram modules (a previously reported design), a novel 3-PPPR (R: revolute) XYZ CPM composed of identical compliant four-beam modules, and a novel 3-PPPRR XYZ CPM. The latter two monolithic designs also have extended lives. It is shown that the proposed design method can be used to design other decoupled and compact XYZ CPMs by using the concept of position spaces, and the resulting XYZ CPM is the most compact one when the fixed ends of the three actuated compliant P joints thereof overlap.

Spatial Relationships among Hydroacoustic, Hydrographic and Top Predator Patterns: Cetacean Distributions in the Mid-Atlantic Bight

Effective conservation and management of top predators requires a comprehensive understanding of their distributions and of the underlying biological and physical processes that affect these distributions. The Mid-Atlantic Bight shelf break system is a dynamic and productive region where at least 32 species of cetaceans have been recorded through various systematic and opportunistic marine mammal surveys from the 1970s through 2012. My dissertation characterizes the spatial distribution and habitat of cetaceans in the Mid-Atlantic Bight shelf break system by utilizing marine mammal line-transect survey data, synoptic multi-frequency active acoustic data, and fine-scale hydrographic data collected during the 2011 summer Atlantic Marine Assessment Program for Protected Species (AMAPPS) survey. Although studies describing cetacean habitat and distributions have been previously conducted in the Mid-Atlantic Bight, my research specifically focuses on the shelf break region to elucidate both the physical and biological processes that influence cetacean distribution patterns within this cetacean hotspot.

In Chapter One I review biologically important areas for cetaceans in the Atlantic waters of the United States. I describe the study area, the shelf break region of the Mid-Atlantic Bight, in terms of the general oceanography, productivity and biodiversity. According to recent habitat-based cetacean density models, the shelf break region is an area of high cetacean abundance and density, yet little research is directed at understanding the mechanisms that establish this region as a cetacean hotspot.

In Chapter Two I present the basic physical principles of sound in water and describe the methodology used to categorize opportunistically collected multi-frequency active acoustic data using frequency responses techniques. Frequency response classification methods are usually employed in conjunction with net-tow data, but the logistics of the 2011 AMAPPS survey did not allow for appropriate net-tow data to be collected. Biologically meaningful information can be extracted from acoustic scattering regions by comparing the frequency response curves of acoustic regions to theoretical curves of known scattering models. Using the five frequencies on the EK60 system (18, 38, 70, 120, and 200 kHz), three categories of scatterers were defined: fish-like (with swim bladder), nekton-like (e.g., euphausiids), and plankton-like (e.g., copepods). I also employed a multi-frequency acoustic categorization method using three frequencies (18, 38, and 120 kHz) that has been used in the Gulf of Maine and Georges Bank which is based the presence or absence of volume backscatter above a threshold. This method is more objective than the comparison of frequency response curves because it uses an established backscatter value for the threshold. By removing all data below the threshold, only strong scattering information is retained.

In Chapter Three I analyze the distribution of the categorized acoustic regions of interest during the daytime cross shelf transects. Over all transects, plankton-like acoustic regions of interest were detected most frequently, followed by fish-like acoustic regions and then nekton-like acoustic regions. Plankton-like detections were the only significantly different acoustic detections per kilometer, although nekton-like detections were only slightly not significant. Using the threshold categorization method by Jech and Michaels (2006) provides a more conservative and discrete detection of acoustic scatterers and allows me to retrieve backscatter values along transects in areas that have been categorized. This provides continuous data values that can be integrated at discrete spatial increments for wavelet analysis. Wavelet analysis indicates significant spatial scales of interest for fish-like and nekton-like acoustic backscatter range from one to four kilometers and vary among transects.

In Chapter Four I analyze the fine scale distribution of cetaceans in the shelf break system of the Mid-Atlantic Bight using corrected sightings per trackline region, classification trees, multidimensional scaling, and random forest analysis. I describe habitat for common dolphins, Risso’s dolphins and sperm whales. From the distribution of cetacean sightings, patterns of habitat start to emerge: within the shelf break region of the Mid-Atlantic Bight, common dolphins were sighted more prevalently over the shelf while sperm whales were more frequently found in the deep waters offshore and Risso’s dolphins were most prevalent at the shelf break. Multidimensional scaling presents clear environmental separation among common dolphins and Risso’s dolphins and sperm whales. The sperm whale random forest habitat model had the lowest misclassification error (0.30) and the Risso’s dolphin random forest habitat model had the greatest misclassification error (0.37). Shallow water depth (less than 148 meters) was the primary variable selected in the classification model for common dolphin habitat. Distance to surface density fronts and surface temperature fronts were the primary variables selected in the classification models to describe Risso’s dolphin habitat and sperm whale habitat respectively. When mapped back into geographic space, these three cetacean species occupy different fine-scale habitats within the dynamic Mid-Atlantic Bight shelf break system.

In Chapter Five I present a summary of the previous chapters and present potential analytical steps to address ecological questions pertaining the dynamic shelf break region. Taken together, the results of my dissertation demonstrate the use of opportunistically collected data in ecosystem studies; emphasize the need to incorporate middle trophic level data and oceanographic features into cetacean habitat models; and emphasize the importance of developing more mechanistic understanding of dynamic ecosystems.

Observed bodies generate object-based spatial codes

Contemporary studies of spatial and social cognition frequently use human figures as stimuli. The interpretation of such studies may be complicated by spatial compatibility effects that emerge when researchers employ spatial responses, and participants spontaneously code spatial relationships about an observed body. Yet, the nature of these spatial codes – whether they are location- or object-based, and coded from the perspective of the observer or the figure – has not been determined. Here, we investigated this issue by exploring spatial compatibility effects arising for objects held by a visually presented whole-bodied schematic human figure. In three experiments, participants responded to the colour of the object held in the figure’s left or right hand, using left or right key presses. Left-right compatibility effects were found relative to the participant’s egocentric perspective, rather than the figure’s. These effects occurred even when the figure was rotated by 90 degrees to the left or to the right, and the coloured objects were aligned with the participant’s midline. These findings are consistent with spontaneous spatial coding from the participant’s perspective and relative to the normal upright orientation of the body. This evidence for object-based spatial coding implies that the domain general cognitive mechanisms that result in spatial compatibility effects may contribute to certain spatial perspective-taking and social cognition phenomena.

Intra-pulse transition between ion acceleration mechanisms in intense laser-foil interactions

Multiple ion acceleration mechanisms can occur when an ultrathin foil is irradiated with an intense laser pulse, with the dominant mechanism changing over the course of the interaction. Measurement of the spatial-intensity distribution of the beam of energetic protons is used to investigate the transition from radiation pressure acceleration to transparency-driven processes. It is shown numerically that radiation pressure drives an increased expansion of the target ions within the spatial extent of the laser focal spot, which induces a radial deflection of relatively low energy sheath-accelerated protons to form an annular distribution. Through variation of the target foil thickness, the opening angle of the ring is shown to be correlated to the point in time transparency occurs during the interaction and is maximized when it occurs at the peak of the laser intensity profile. Corresponding experimental measurements of the ring size variation with target thickness exhibit the same trends and provide insight into the intra-pulse laser-plasma evolution.

The relationship between early and intermediate level spatial vision during typical development and in autism spectrum disorder

Certaines recherches ont investigué le traitement visuel de bas et de plus hauts niveaux chez des personnes neurotypiques et chez des personnes ayant un trouble du spectre de l’autisme (TSA). Cependant, l’interaction développementale entre chacun de ces niveaux du traitement visuel n’est toujours pas bien comprise. La présente thèse a donc deux objectifs principaux. Le premier objectif (Étude 1) est d’évaluer l’interaction développementale entre l’analyse visuelle de bas niveaux et de niveaux intermédiaires à travers différentes périodes développementales (âge scolaire, adolescence et âge adulte). Le second objectif (Étude 2) est d’évaluer la relation fonctionnelle entre le traitement visuel de bas niveaux et de niveaux intermédiaires chez des adolescents et des adultes ayant un TSA. Ces deux objectifs ont été évalué en utilisant les mêmes stimuli et procédures. Plus précisément, la sensibilité de formes circulaires complexes (Formes de Fréquences Radiales ou FFR), définies par de la luminance ou par de la texture, a été mesurée avec une procédure à choix forcés à deux alternatives. Les résultats de la première étude ont illustré que l’information locale des FFR sous-jacents aux processus visuels de niveaux intermédiaires, affecte différemment la sensibilité à travers des périodes développementales distinctes. Plus précisément, lorsque le contour est défini par de la luminance, la performance des enfants est plus faible comparativement à celle des adolescents et des adultes pour les FFR sollicitant la perception globale. Lorsque les FFR sont définies par la texture, la sensibilité des enfants est plus faible comparativement à celle des adolescents et des adultes pour les conditions locales et globales. Par conséquent, le type d’information locale, qui définit les éléments locaux de la forme globale, influence la période à laquelle la sensibilité visuelle atteint un niveau développemental similaire à celle identifiée chez les adultes. Il est possible qu’une faible intégration visuelle entre les mécanismes de bas et de niveaux intermédiaires explique la sensibilité réduite des FFR chez les enfants. Ceci peut être attribué à des connexions descendantes et horizontales immatures ainsi qu’au sous-développement de certaines aires cérébrales du système visuel. Les résultats de la deuxième étude ont démontré que la sensibilité visuelle en autisme est influencée par la manipulation de l’information locale. Plus précisément, en présence de luminance, la sensibilité est seulement affectée pour les conditions sollicitant un traitement local chez les personnes avec un TSA. Cependant, en présence de texture, la sensibilité est réduite pour le traitement visuel global et local. Ces résultats suggèrent que la perception de formes en autisme est reliée à l’efficacité à laquelle les éléments locaux (luminance versus texture) sont traités. Les connexions latérales et ascendantes / descendantes des aires visuelles primaires sont possiblement tributaires d’un déséquilibre entre les signaux excitateurs et inhibiteurs, influençant ainsi l’efficacité à laquelle l’information visuelle de luminance et de texture est traitée en autisme. Ces résultats supportent l’hypothèse selon laquelle les altérations de la perception visuelle de bas niveaux (local) sont à l’origine des atypies de plus hauts niveaux chez les personnes avec un TSA.

Mechanisms underlying activation of neural stem cells in the adult central nervous system

À la fin du 19e siècle, Dr. Ramón y Cajal, un pionnier scientifique, a découvert les éléments cellulaires individuels, appelés neurones, composant le système nerveux. Il a également remarqué la complexité de ce système et a mentionné l’impossibilité de ces nouveaux neurones à être intégrés dans le système nerveux adulte. Une de ses citations reconnues : “Dans les centres adultes, les chemins nerveux sont fixes, terminés, immuables. Tout doit mourir, rien ne peut être régénérer” est représentative du dogme de l’époque (Ramón y Cajal 1928). D’importantes études effectuées dans les années 1960-1970 suggèrent un point de vue différent. Il a été démontré que les nouveaux neurones peuvent être générés à l’âge adulte, mais cette découverte a créé un scepticisme omniprésent au sein de la communauté scientifique. Il a fallu 30 ans pour que le concept de neurogenèse adulte soit largement accepté. Cette découverte, en plus de nombreuses avancées techniques, a ouvert la porte à de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles pour les maladies neurodégénératives. Les cellules souches neurales (CSNs) adultes résident principalement dans deux niches du cerveau : la zone sous-ventriculaire des ventricules latéraux et le gyrus dentelé de l’hippocampe. En condition physiologique, le niveau de neurogenèse est relativement élevé dans la zone sous-ventriculaire contrairement à l’hippocampe où certaines étapes sont limitantes. En revanche, la moelle épinière est plutôt définie comme un environnement en quiescence. Une des principales questions qui a été soulevée suite à ces découvertes est : comment peut-on activer les CSNs adultes afin d’augmenter les niveaux de neurogenèse ? Dans l’hippocampe, la capacité de l’environnement enrichi (incluant la stimulation cognitive, l’exercice et les interactions sociales) à promouvoir la neurogenèse hippocampale a déjà été démontrée. La plasticité de cette région est importante, car elle peut jouer un rôle clé dans la récupération de déficits au niveau de la mémoire et l’apprentissage. Dans la moelle épinière, des études effectuées in vitro ont démontré que les cellules épendymaires situées autour du canal central ont des capacités d’auto-renouvellement et de multipotence (neurones, astrocytes, oligodendrocytes). Il est intéressant de noter qu’in vivo, suite à une lésion de la moelle épinière, les cellules épendymaires sont activées, peuvent s’auto-renouveller, mais peuvent seulement ii donner naissance à des cellules de type gliale (astrocytes et oligodendrocytes). Cette nouvelle fonction post-lésion démontre que la plasticité est encore possible dans un environnement en quiescence et peut être exploité afin de développer des stratégies de réparation endogènes dans la moelle épinière. Les CSNs adultes jouent un rôle important dans le maintien des fonctions physiologiques du cerveau sain et dans la réparation neuronale suite à une lésion. Cependant, il y a peu de données sur les mécanismes qui permettent l'activation des CSNs en quiescence permettant de maintenir ces fonctions. L'objectif général est d'élucider les mécanismes sous-jacents à l'activation des CSNs dans le système nerveux central adulte. Pour répondre à cet objectif, nous avons mis en place deux approches complémentaires chez les souris adultes : 1) L'activation des CSNs hippocampales par l'environnement enrichi (EE) et 2) l'activation des CSNs de la moelle épinière par la neuroinflammation suite à une lésion. De plus, 3) afin d’obtenir plus d’information sur les mécanismes moléculaires de ces modèles, nous utiliserons des approches transcriptomiques afin d’ouvrir de nouvelles perspectives. Le premier projet consiste à établir de nouveaux mécanismes cellulaires et moléculaires à travers lesquels l’environnement enrichi module la plasticité du cerveau adulte. Nous avons tout d’abord évalué la contribution de chacune des composantes de l’environnement enrichi à la neurogenèse hippocampale (Chapitre II). L’exercice volontaire promeut la neurogenèse, tandis que le contexte social augmente l’activation neuronale. Par la suite, nous avons déterminé l’effet de ces composantes sur les performances comportementales et sur le transcriptome à l’aide d’un labyrinthe radial à huit bras afin d’évaluer la mémoire spatiale et un test de reconnaissante d’objets nouveaux ainsi qu’un RNA-Seq, respectivement (Chapitre III). Les coureurs ont démontré une mémoire spatiale de rappel à court-terme plus forte, tandis que les souris exposées aux interactions sociales ont eu une plus grande flexibilité cognitive à abandonner leurs anciens souvenirs. Étonnamment, l’analyse du RNA-Seq a permis d’identifier des différences claires dans l’expression des transcripts entre les coureurs de courte et longue distance, en plus des souris sociales (dans l’environnement complexe). iii Le second projet consiste à découvrir comment les cellules épendymaires acquièrent les propriétés des CSNs in vitro ou la multipotence suite aux lésions in vivo (Chapitre IV). Une analyse du RNA-Seq a révélé que le transforming growth factor-β1 (TGF-β1) agit comme un régulateur, en amont des changements significatifs suite à une lésion de la moelle épinière. Nous avons alors confirmé la présence de cette cytokine suite à la lésion et caractérisé son rôle sur la prolifération, différentiation, et survie des cellules initiatrices de neurosphères de la moelle épinière. Nos résultats suggèrent que TGF-β1 régule l’acquisition et l’expression des propriétés de cellules souches sur les cellules épendymaires provenant de la moelle épinière.

TWO-PHASE HEAT TRANSFER MECHANISMS WITHIN PLATE HEAT EXCHANGERS: EXPERIMENTS AND MODELING

Two-phase flow heat exchangers have been shown to have very high efficiencies, but the lack of a dependable model and data precludes them from use in many cases. Herein a new method for the measurement of local convective heat transfer coefficients from the outside of a heat transferring wall has been developed, which results in accurate local measurements of heat flux during two-phase flow. This novel technique uses a chevron-pattern corrugated plate heat exchanger consisting of a specially machined Calcium Fluoride plate and the refrigerant HFE7100, with heat flux values up to 1 W cm-2 and flow rates up to 300 kg m-2s-1. As Calcium Fluoride is largely transparent to infra-red radiation, the measurement of the surface temperature of PHE that is in direct contact with the liquid is accomplished through use of a mid-range (3.0-5.1 µm) infra-red camera. The objective of this study is to develop, validate, and use a unique infrared thermometry method to quantify the heat transfer characteristics of flow boiling within different Plate Heat Exchanger geometries. This new method allows high spatial and temporal resolution measurements. Furthermore quasi-local pressure measurements enable us to characterize the performance of each geometry. Validation of this technique will be demonstrated by comparison to accepted single and two-phase data. The results can be used to come up with new heat transfer correlations and optimization tools for heat exchanger designers. The scientific contribution of this thesis is, to give PHE developers further tools to allow them to identify the heat transfer and pressure drop performance of any corrugated plate pattern directly without the need to account for typical error sources due to inlet and outlet distribution systems. Furthermore, the designers will now gain information on the local heat transfer distribution within one plate heat exchanger cell which will help to choose the correct corrugation geometry for a given task.

Essays on cultural and institutional dynamics in economic development using spatial analysis

This thesis seeks to research patterns of economic growth and development from a number of perspectives often resonated in the growth literature. By addressing themes about history, geography, institutions and culture the thesis is able to bring to bear a wide range of inter-related literatures and methodologies within a single content. Additionally, by targeting different administrative levels in its research design and approach, this thesis is also able to provide a comprehensive treatment of the economic growth dilemma from both cross-national and sub-national perspectives. The three chapters herein discuss economic development from two broad dimensions. The first of these chapters takes on the economic growth inquiry by attempting to incorporate cultural geography within a cross-country formal spatial econometric growth framework. By introducing the global cultural dynamics of languages and ethnic groups as spatial network mechanisms, this chapter is able to distinguish economic growth effects accruing from own-country productive efforts from those accruing from interconnections within a global productive network chain. From this, discussions and deductions about the implications for both developed and developing countries are made as regards potentials for gains and losses from such types and levels of productive integration. The second and third chapters take a different spin to the economic development inquiry. They both focus on economic activity in Africa, tackling the relevant issues from a geo-intersected dimension involving historic regional tribal homelands and modern national and subnational administrative territories. The second chapter specifically focuses on attempting to adopt historical channels to investigate the connection between national institutional quality and economic development in demarcated tribal homelands at the fringes of national African borders. The third chapter on the other hand focuses on looking closer at the effects of demarcations on economic activity. It particularly probes how different kinds of demarcation warranted by two different but very relevant classes of politico-economic players have affected economic activity quite distinguishably within the resulting subnational regions in Africa.

The relationship between early and intermediate level spatial vision during typical development and in autism spectrum disorder

Certaines recherches ont investigué le traitement visuel de bas et de plus hauts niveaux chez des personnes neurotypiques et chez des personnes ayant un trouble du spectre de l’autisme (TSA). Cependant, l’interaction développementale entre chacun de ces niveaux du traitement visuel n’est toujours pas bien comprise. La présente thèse a donc deux objectifs principaux. Le premier objectif (Étude 1) est d’évaluer l’interaction développementale entre l’analyse visuelle de bas niveaux et de niveaux intermédiaires à travers différentes périodes développementales (âge scolaire, adolescence et âge adulte). Le second objectif (Étude 2) est d’évaluer la relation fonctionnelle entre le traitement visuel de bas niveaux et de niveaux intermédiaires chez des adolescents et des adultes ayant un TSA. Ces deux objectifs ont été évalué en utilisant les mêmes stimuli et procédures. Plus précisément, la sensibilité de formes circulaires complexes (Formes de Fréquences Radiales ou FFR), définies par de la luminance ou par de la texture, a été mesurée avec une procédure à choix forcés à deux alternatives. Les résultats de la première étude ont illustré que l’information locale des FFR sous-jacents aux processus visuels de niveaux intermédiaires, affecte différemment la sensibilité à travers des périodes développementales distinctes. Plus précisément, lorsque le contour est défini par de la luminance, la performance des enfants est plus faible comparativement à celle des adolescents et des adultes pour les FFR sollicitant la perception globale. Lorsque les FFR sont définies par la texture, la sensibilité des enfants est plus faible comparativement à celle des adolescents et des adultes pour les conditions locales et globales. Par conséquent, le type d’information locale, qui définit les éléments locaux de la forme globale, influence la période à laquelle la sensibilité visuelle atteint un niveau développemental similaire à celle identifiée chez les adultes. Il est possible qu’une faible intégration visuelle entre les mécanismes de bas et de niveaux intermédiaires explique la sensibilité réduite des FFR chez les enfants. Ceci peut être attribué à des connexions descendantes et horizontales immatures ainsi qu’au sous-développement de certaines aires cérébrales du système visuel. Les résultats de la deuxième étude ont démontré que la sensibilité visuelle en autisme est influencée par la manipulation de l’information locale. Plus précisément, en présence de luminance, la sensibilité est seulement affectée pour les conditions sollicitant un traitement local chez les personnes avec un TSA. Cependant, en présence de texture, la sensibilité est réduite pour le traitement visuel global et local. Ces résultats suggèrent que la perception de formes en autisme est reliée à l’efficacité à laquelle les éléments locaux (luminance versus texture) sont traités. Les connexions latérales et ascendantes / descendantes des aires visuelles primaires sont possiblement tributaires d’un déséquilibre entre les signaux excitateurs et inhibiteurs, influençant ainsi l’efficacité à laquelle l’information visuelle de luminance et de texture est traitée en autisme. Ces résultats supportent l’hypothèse selon laquelle les altérations de la perception visuelle de bas niveaux (local) sont à l’origine des atypies de plus hauts niveaux chez les personnes avec un TSA.

Mechanisms underlying activation of neural stem cells in the adult central nervous system

À la fin du 19e siècle, Dr. Ramón y Cajal, un pionnier scientifique, a découvert les éléments cellulaires individuels, appelés neurones, composant le système nerveux. Il a également remarqué la complexité de ce système et a mentionné l’impossibilité de ces nouveaux neurones à être intégrés dans le système nerveux adulte. Une de ses citations reconnues : “Dans les centres adultes, les chemins nerveux sont fixes, terminés, immuables. Tout doit mourir, rien ne peut être régénérer” est représentative du dogme de l’époque (Ramón y Cajal 1928). D’importantes études effectuées dans les années 1960-1970 suggèrent un point de vue différent. Il a été démontré que les nouveaux neurones peuvent être générés à l’âge adulte, mais cette découverte a créé un scepticisme omniprésent au sein de la communauté scientifique. Il a fallu 30 ans pour que le concept de neurogenèse adulte soit largement accepté. Cette découverte, en plus de nombreuses avancées techniques, a ouvert la porte à de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles pour les maladies neurodégénératives. Les cellules souches neurales (CSNs) adultes résident principalement dans deux niches du cerveau : la zone sous-ventriculaire des ventricules latéraux et le gyrus dentelé de l’hippocampe. En condition physiologique, le niveau de neurogenèse est relativement élevé dans la zone sous-ventriculaire contrairement à l’hippocampe où certaines étapes sont limitantes. En revanche, la moelle épinière est plutôt définie comme un environnement en quiescence. Une des principales questions qui a été soulevée suite à ces découvertes est : comment peut-on activer les CSNs adultes afin d’augmenter les niveaux de neurogenèse ? Dans l’hippocampe, la capacité de l’environnement enrichi (incluant la stimulation cognitive, l’exercice et les interactions sociales) à promouvoir la neurogenèse hippocampale a déjà été démontrée. La plasticité de cette région est importante, car elle peut jouer un rôle clé dans la récupération de déficits au niveau de la mémoire et l’apprentissage. Dans la moelle épinière, des études effectuées in vitro ont démontré que les cellules épendymaires situées autour du canal central ont des capacités d’auto-renouvellement et de multipotence (neurones, astrocytes, oligodendrocytes). Il est intéressant de noter qu’in vivo, suite à une lésion de la moelle épinière, les cellules épendymaires sont activées, peuvent s’auto-renouveller, mais peuvent seulement ii donner naissance à des cellules de type gliale (astrocytes et oligodendrocytes). Cette nouvelle fonction post-lésion démontre que la plasticité est encore possible dans un environnement en quiescence et peut être exploité afin de développer des stratégies de réparation endogènes dans la moelle épinière. Les CSNs adultes jouent un rôle important dans le maintien des fonctions physiologiques du cerveau sain et dans la réparation neuronale suite à une lésion. Cependant, il y a peu de données sur les mécanismes qui permettent l'activation des CSNs en quiescence permettant de maintenir ces fonctions. L'objectif général est d'élucider les mécanismes sous-jacents à l'activation des CSNs dans le système nerveux central adulte. Pour répondre à cet objectif, nous avons mis en place deux approches complémentaires chez les souris adultes : 1) L'activation des CSNs hippocampales par l'environnement enrichi (EE) et 2) l'activation des CSNs de la moelle épinière par la neuroinflammation suite à une lésion. De plus, 3) afin d’obtenir plus d’information sur les mécanismes moléculaires de ces modèles, nous utiliserons des approches transcriptomiques afin d’ouvrir de nouvelles perspectives. Le premier projet consiste à établir de nouveaux mécanismes cellulaires et moléculaires à travers lesquels l’environnement enrichi module la plasticité du cerveau adulte. Nous avons tout d’abord évalué la contribution de chacune des composantes de l’environnement enrichi à la neurogenèse hippocampale (Chapitre II). L’exercice volontaire promeut la neurogenèse, tandis que le contexte social augmente l’activation neuronale. Par la suite, nous avons déterminé l’effet de ces composantes sur les performances comportementales et sur le transcriptome à l’aide d’un labyrinthe radial à huit bras afin d’évaluer la mémoire spatiale et un test de reconnaissante d’objets nouveaux ainsi qu’un RNA-Seq, respectivement (Chapitre III). Les coureurs ont démontré une mémoire spatiale de rappel à court-terme plus forte, tandis que les souris exposées aux interactions sociales ont eu une plus grande flexibilité cognitive à abandonner leurs anciens souvenirs. Étonnamment, l’analyse du RNA-Seq a permis d’identifier des différences claires dans l’expression des transcripts entre les coureurs de courte et longue distance, en plus des souris sociales (dans l’environnement complexe). iii Le second projet consiste à découvrir comment les cellules épendymaires acquièrent les propriétés des CSNs in vitro ou la multipotence suite aux lésions in vivo (Chapitre IV). Une analyse du RNA-Seq a révélé que le transforming growth factor-β1 (TGF-β1) agit comme un régulateur, en amont des changements significatifs suite à une lésion de la moelle épinière. Nous avons alors confirmé la présence de cette cytokine suite à la lésion et caractérisé son rôle sur la prolifération, différentiation, et survie des cellules initiatrices de neurosphères de la moelle épinière. Nos résultats suggèrent que TGF-β1 régule l’acquisition et l’expression des propriétés de cellules souches sur les cellules épendymaires provenant de la moelle épinière.

Developmental mechanisms of stripe patterns in rodents

International audience

Deep learning and spatial transcriptomics to investigate thyroid tumors

There are many diseases that affect the thyroid gland, and among them are carcinoma. Thyroid cancer is the most common endocrine neoplasm and the second most frequent cancer in the 0-49 age group. This thesis deals with two studies I conducted during my PhD. The first concerns the development of a Deep Learning model to be able to assist the pathologist in screening of thyroid cytology smears. This tool created in collaboration with Prof. Diciotti, affiliated with the DEI-UNIBO "Guglielmo Marconi" Department of Electrical Energy and Information Engineering, has an important clinical implication in that it allows patients to be stratified between those who should undergo surgery and those who should not. The second concerns the application of spatial transcriptomics on well-differentiated thyroid carcinomas to better understand their invasion mechanisms and thus to better comprehend which genes may be involved in the proliferation of these tumors. This project specifically was made possible through a fruitful collaboration with the Gustave Roussy Institute in Paris. Studying thyroid carcinoma deeply is essential to improve patient care, increase survival rates, and enhance the overall understanding of this prevalent cancer. It can lead to more effective prevention, early detection, and treatment strategies that benefit both patients and the healthcare system.

Mechanisms Predisposing Penile Fracture And Long-term Outcomes On Erectile And Voiding Functions.

Purpose. To determine the mechanisms predisposing penile fracture as well as the rate of long-term penile deformity and erectile and voiding functions. Methods. All fractures were repaired on an emergency basis via subcoronal incision and absorbable suture with simultaneous repair of eventual urethral lesion. Patients' status before fracture and voiding and erectile functions at long term were assessed by periodic follow-up and phone call. Detailed history included cause, symptoms, and single-question self-report of erectile and voiding functions. Results. Among the 44 suspicious cases, 42 (95.4%) were confirmed, mean age was 34.5 years (range: 18-60), mean follow-up 59.3 months (range 9-155). Half presented the classical triad of audible crack, detumescence, and pain. Heterosexual intercourse was the most common cause (28 patients, 66.7%), followed by penile manipulation (6 patients, 14.3%), and homosexual intercourse (4 patients, 9.5%). Woman on top was the most common heterosexual position (n = 14, 50%), followed by doggy style (n = 8, 28.6%). Four patients (9.5%) maintained the cause unclear. Six (14.3%) patients had urethral injury and two (4.8%) had erectile dysfunction, treated by penile prosthesis and PDE-5i. No patient showed urethral fistula, voiding deterioration, penile nodule/curve or pain. Conclusions. Woman on top was the potentially riskiest sexual position (50%). Immediate surgical treatment warrants long-term very low morbidity.

The Analgesic Effect Of Dipyrone In Peripheral Tissue Involves Two Different Mechanisms: Neuronal K(atp) Channel Opening And Cb(1) Receptor Activation.

Dipyrone (metamizole) is an analgesic pro-drug used to control moderate pain. It is metabolized in two major bioactive metabolites: 4-methylaminoantipyrine (4-MAA) and 4-aminoantipyrine (4-AA). The aim of this study was to investigate the participation of peripheral CB1 and CB2 cannabinoid receptors activation in the anti-hyperalgesic effect of dipyrone, 4-MAA or 4-AA. PGE2 (100ng/50µL/paw) was locally administered in the hindpaw of male Wistar rats, and the mechanical nociceptive threshold was quantified by electronic von Frey test, before and 3h after its injection. Dipyrone, 4-MAA or 4-AA was administered 30min before the von Frey test. The selective CB1 receptor antagonist AM251, CB2 receptor antagonist AM630, cGMP inhibitor ODQ or KATP channel blocker glibenclamide were administered 30min before dipyrone, 4-MAA or 4-AA. The antisense-ODN against CB1 receptor expression was intrathecally administered once a day during four consecutive days. PGE2-induced mechanical hyperalgesia was inhibited by dipyrone, 4-MAA, and 4-AA in a dose-response manner. AM251 or ODN anti-sense against neuronal CB1 receptor, but not AM630, reversed the anti-hyperalgesic effect mediated by 4-AA, but not by dipyrone or 4-MAA. On the other hand, the anti-hyperalgesic effect of dipyrone or 4-MAA was reversed by glibenclamide or ODQ. These results suggest that the activation of neuronal CB1, but not CB2 receptor, in peripheral tissue is involved in the anti-hyperalgesic effect of 4-aminoantipyrine. In addition, 4-methylaminoantipyrine mediates the anti-hyperalgesic effect by cGMP activation and KATP opening.

Neural Mechanisms And Delayed Gastric Emptying Of Liquid Induced Through Acute Myocardial Infarction In Rats.

Background: In pathological situations, such as acute myocardial infarction, disorders of motility of the proximal gut can trigger symptoms like nausea and vomiting. Acute myocardial infarction delays gastric emptying (GE) of liquid in rats. Objective: Investigate the involvement of the vagus nerve, α 1-adrenoceptors, central nervous system GABAB receptors and also participation of paraventricular nucleus (PVN) of the hypothalamus in GE and gastric compliance (GC) in infarcted rats. Methods: Wistar rats, N = 8-15 in each group, were divided as INF group and sham (SH) group and subdivided. The infarction was performed through ligation of the left anterior descending coronary artery. GC was estimated with pressure-volume curves. Vagotomy was performed by sectioning the dorsal and ventral branches. To verify the action of GABAB receptors, baclofen was injected via icv (intracerebroventricular). Intravenous prazosin was used to produce chemical sympathectomy. The lesion in the PVN of the hypothalamus was performed using a 1mA/10s electrical current and GE was determined by measuring the percentage of gastric retention (% GR) of a saline meal. Results: No significant differences were observed regarding GC between groups; vagotomy significantly reduced % GR in INF group; icv treatment with baclofen significantly reduced %GR. GABAB receptors were not conclusively involved in delaying GE; intravenous treatment with prazosin significantly reduced GR% in INF group. PVN lesion abolished the effect of myocardial infarction on GE. Conclusion: Gastric emptying of liquids induced through acute myocardial infarction in rats showed the involvement of the vagus nerve, alpha1- adrenergic receptors and PVN.Fundamento: Distúrbios da motilidade do intestino proximal no infarto agudo do miocárdio podem desencadear sintomas digestivos como náuseas e vômitos. O infarto do miocárdio ocasiona retardo do esvaziamento gástrico (EG) de líquido em ratos. Objetivo: Investigar se existe a influência do nervo vago (VGX), adrenoreceptores α-1, receptores GABAB do sistema nervoso central e participação do núcleo paraventricular (NPV) do hipotálamo no esvaziamento gástrico (EG) e complacência gástrica (CG) em ratos infartados. Métodos: Ratos Wistar (n = 8-15) foram divididos em: grupo infarto (INF), sham (SH) e subdivididos. O infarto foi realizado por ligadura da artéria coronária descendente anterior. A complacência gástrica foi estimada com curvas pressão-volume. Realizada vagotomia por secção dos ramos dorsal e ventral. Para verificar a ação dos receptores GABAB foi injetado baclofeno por via intra ventrículo-cerebral. Simpatectomia química foi realizada com prazosina intravenosa (iv), e na lesão do núcleo paraventricular do hipotálamo foi utilizada corrente elétrica de 1mA/10s, com esvaziamento gástrico determinado por medição da retenção gástrica (% RG) de uma refeição salina. Resultados: Não houve diferença significativa na CG. A vagotomia (VGX) reduziu significativamente a %RG; no grupo INF, o tratamento intra ventrículo-cerebral (ivc) com baclofeno reduziu significativamente a % RG; não houve conclusivamente envolvimento dos receptores GABAB em retardar o EG; o tratamento intravenoso com prazosina reduziu significativamente a %RG no grupo INF. A lesão do NPV aboliu o efeito do infarto do miocárdio no EG. Conclusão: O nervo vago, receptores α-adrenérgicos e núcleo paraventricular estão envolvidos no retardo do esvaziamento gástrico no infarto agudo do miocárdio em ratos.