Analyse de l’activité en ondes lentes et des oscillations lentes précédant le somnambulisme

Diverses études se sont penchées sur les paramètres EEG du sommeil en ondes lentes, y compris l’activité en ondes lentes en lien avec le somnambulisme, mais les résultats se révèlent inconsistants et contradictoires. Le premier objectif de la présente étude était d’analyser quantitativement l’EEG en sommeil en mesurant les fluctuations de puissance spectrale en delta (1-4 Hz) et delta lent (0.5-1 Hz) avant des épisodes de somnambulisme. Le second était de détecter les oscillations lentes (> 75 μV, fréquence d'environ 0.7-0.8 Hz) et très lentes (> 140 μV, fréquence d'environ 0.7-0.8 Hz) afin d'examiner leur changement d'amplitude et de densité avant de tels épisodes. Suite à une privation de sommeil de 25 heures, les enregistrements polysomnographiques de 22 adultes atteints de somnambulisme ont été scrutés. L’analyse des 200 secondes avant les épisodes révèle que ceux-ci ne sont pas précédés d’une augmentation graduelle de puissance spectrale en delta ni en delta lent, tant sur les dérivations frontale, centrale que pariétale. Toutefois, une hausse statistiquement significative de la densité des oscillations lentes et des oscillations très lentes a été observée au cours des 20 sec immédiatement avant le début des épisodes. Reste à déterminer le rôle exact de ces paramètres de l’EEG en sommeil par rapport à la manifestation et au diagnostic des parasomnies en sommeil lent.

Impacts de l'âge et du sexe sur l'amplitude et la densité des oscillations lentes en sommeil

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Analyse de l'activité en ondes lentes et des oscillations lentes chez les somnambules

Le somnambulisme est une parasomnie commune, caractérisée par des éveils incomplets lors des stades de sommeil lent, au cours desquels les individus atteints présentent des comportements moteurs d’une complexité variable accompagnés de confusion et d’un jugement altéré. La littérature actuelle suggère que ce trouble serait associé à des particularités de l’activité en ondes lentes et des oscillations lentes, deux indices de l’intégrité du processus homéostatique et de la profondeur du sommeil. Toutefois, en raison de certaines lacunes méthodologiques dans les études existantes, le rôle de ces marqueurs électroencéphalographiques dans la pathophysiologie du somnambulisme reste à éclaircir. Notre premier article a donc investigué d’éventuelles anomalies de l’activité en ondes lentes et des oscillations lentes chez les somnambules, en comparant leur sommeil au cours de la nuit entière à celui de participants contrôles. De plus, comme les somnambules semblent réagir différemment (en termes de fragmentation du sommeil notamment) des dormeurs normaux à une pression homéostatique accrue, nous avons comparé l’activité en ondes lentes et les oscillations lentes en nuit de base et suite à une privation de sommeil de 38 heures. Les résultats de nos enregistrements électroencéphalographiques chez 10 somnambules adultes et neuf participants contrôles montrent une élévation de la puissance spectrale de l’activité en ondes lentes et de la densité des oscillations lentes en nuit de récupération par rapport à la nuit de base pour nos deux groupes. Toutefois, contrairement à plusieurs études précédentes, nous ne n’observons pas de différence entre somnambules et dormeurs normaux quant à l’activité en ondes lentes et aux oscillations lentes pour aucune des deux nuits. Au-delà ce certaines considérations méthodologiques ayant pu contribuer à ce résultat inattendu, nous croyons qu’il justifie un questionnement sur l’hétérogénéité des somnambules comme population. Notre deuxième article s’est penché sur les facteurs électroencéphalographiques transitoires susceptibles d’être associés au déclenchement des épisodes de somnambulisme. Nous avons comparé les fluctuations d’activité en ondes lentes et des oscillations lentes dans les minutes avant des épisodes de somnambulisme spontanés (c.a.d.: non associés à un stimulus identifiable) à celles survenant avant des éveils normaux comparables chez 12 somnambules adultes. Nous montrons que, comparativement aux éveils normaux, les épisodes de somnambulisme sont précédés d’un sommeil plus profond, tel qu’indiqué par une plus grande densité spectrale de l’activité en ondes lentes et une plus grande densité des oscillations lentes. Cet approfondissement du sommeil, spécifique aux épisodes de somnambulisme, semble survenir sur un laps de temps relativement long (>3 minutes), et non abruptement au cours des secondes précédant l’épisode. Ces données ouvrent un questionnement quant aux mécanismes en jeu dans la survenue des épisodes de somnambulisme spontanés. Globalement, cette thèse suggère que des phénomènes liés à l’activité en ondes lentes et aux oscillations lentes seraient liés au déclenchement des épisodes de somnambulisme, mais que des études supplémentaires devront être menées afin de délimiter le rôle précis que ces marqueurs jouent dans la pathophysiologie du somnambulisme.

L'influence des oscillations en delta sur la sélection d'une action

Résumé : La capacité de décider parmi plusieurs possibilités d'actions, grâce à l'information sensorielle disponible, est essentielle à un organisme interagissant avec un environnement complexe. Les modèles actuels de sélection d'une action soutiennent que le cerveau traite continuellement l'information sensorielle afin de planifier plusieurs possibilités d'action en parallèle. Dans cette perspective, ces représentations motrices, associées à chaque possibilité d'action, sont en constante compétition entre elles. Afin qu'une alternative puisse être sélectionnée pour le mouvement, une valeur de pondération, intégrant une multitude de facteurs, doit être associée à chacun des plans moteurs afin de venir moduler la compétition. Plusieurs études se sont intéressées aux différents facteurs modulant la sélection de l'action, tels que la disposition de l'environnement, le coût des actions, le niveau de récompense, etc. Par contre, il semble qu'aucune étude n'ait rapporté ce qu'il advient lorsque la valeur de pondération de chacune des actions possibles est identique. Dans ce contexte, quel est l'élément permettant de venir moduler la sélection de l'action? De ce fait, l'objectif principal de mon projet de maitrise est d'investiguer le facteur permettant au cerveau de sélectionner une action lorsque tous les facteurs rapportés dans la littérature sont contrôlés. De récentes données ont montré que les oscillations corticales lentes dans la bande delta peuvent servir d'instrument de sélection attentionnelle en modulant l'amplitude de la réponse neuronale. Ainsi, les stimuli arrivant dans le cortex pendant une phase en delta de forte excitabilité sont amplifiés, tandis que ceux arrivant lors d'une phase en delta de faible excitabilité sont atténués. Ceci dit, il est possible que la phase en delta dans laquelle se trouve le cerveau au moment d'effectuer la sélection d'une action puisse influencer la décision. Utilisant une tâche de sélection de main, cette étude teste l'hypothèse que la sélection de la main est associée à la phase en delta des ensembles neuronaux codant le mouvement de chacune des mains, lorsque tous les facteurs connus influençant la décision sont contrôlés. L'électroencéphalographie (EEG) fut utilisée afin d'enregistrer les signaux corticaux pendant que les participants effectuaient une tâche de sélection de main dans laquelle ils devaient, à chaque essai, atteindre une cible visuelle aussi rapidement que possible en utilisant la main de leur choix. La tâche fut conçue de façon à ce que les facteurs spatiaux et biomécaniques soient contrôlés. Ceci fut réalisé enidentifiant premièrement, sur une base individuelle, l'emplacement de la cible pour laquelle les mains droite et gauche avaient une probabilité équivalente d'être choisies (point d'égalité subjective, PSE). Ensuite, dans l'expérience principale, les participants effectuaient plusieurs mouvements d'atteinte vers des cibles positionnées près et loin du PSE, toujours avec la main de leur choix. L'utilisation de cinq cibles très près du PSE a permis de collecter de nombreux essais dans lesquels la main droite et la main gauche furent sélectionnées en réponse à un même stimulus visuel. Ceci a ainsi permis d'analyser les signaux des deux cortex dans des conditions d'utilisation de la main droite et gauche, tout en contrôlant pour les autres facteurs pouvant moduler la sélection de la main. Les résultats de cette recherche révèlent que l'hémisphère cortical se trouvant dans la phase la plus excitable en delta (près du pic négatif), lors de l'apparition du stimulus, est associé à la fois à la main qui sera sélectionnée ainsi qu'au temps de réaction. Ces résultats montrent que l'excitabilité corticale momentanée (phase du signal) pourrait agir comme un facteur modulant la sélection d'une action. Dans cette optique, ces données élargissent considérablement les modèles actuels en montrant que la sélection d'une action est en partie déterminée par l'état du cerveau au moment d'effectuer un choix, d'une manière qui est indépendante de toutes les variables de décision connues.

STM probing of local oscillations of the Fano-Kondo effect: a Doniach-Sunjic approach for the Kondo peak

The use of the scanning tunneling microscope (STM) for the investigation of Kondo adatoms on normal metallic surfaces reveals a Fano-Kondo behavior of the conductance as a function of the tip bias. In this work, the Doniach-Sunjic expression is used to describe the Kondo peak and we analyze the effect of a complex Fano phase, arising from an external magnetic field, on the conductance pattern. It is demonstrated that such phase generates local oscillations of the Fano-Kondo line shape and can lead to the suppression of anti-resonances.

CAN OLD GALAXIES AT HIGH REDSHIFTS AND BARYON ACOUSTIC OSCILLATIONS CONSTRAIN H(0)?

A new age-redshift test is proposed in order to constrain H(0) on the basis of the existence of old high-redshift galaxies (OHRGs). In the flat Lambda cold dark matter model, the value of H(0) is heavily dependent on the mass density parameter Omega(M) = 1- Omega(Lambda). Such a degeneracy can be broken through a joint analysis involving the OHRG and baryon acoustic oscillation signature. By assuming a galaxy incubation time, t(inc) = 0.8 +/- 0.4 Gyr, our joint analysis yields a value of H(0) = 71 +/- 4 km s(-1) Mpc(-1) (1 sigma) with the best-fit density parameter Omega(M) = 0.27 +/- 0.03. Such results are in good agreement with independent studies from the Hubble Space Telescope key project and recent estimates of the Wilkinson Microwave Anisotropy Probe, thereby suggesting that the combination of these two independent phenomena provides an interesting method to constrain the Hubble constant.

Measurement of neutrino oscillations with the MINOS detectors in the NuMI beam

This Letter reports new results from the MINOS experiment based on a two-year exposure to muon neutrinos from the Fermilab NuMI beam. Our data are consistent with quantum-mechanical oscillations of neutrino flavor with mass splitting vertical bar Delta m(2)vertical bar = (2.43 +/- 0.13) x 10(-3) eV(2) (68% C.L.) and mixing angle sin(2)(2 theta) > 0.90 (90% C.L.). Our data disfavor two alternative explanations for the disappearance of neutrinos in flight: namely, neutrino decays into lighter particles and quantum decoherence of neutrinos, at the 3.7 and 5.7 standard-deviation levels, respectively.

Probing neutrino oscillations in supersymmetric models at the Large Hadron Collider

The lightest supersymmetric particle may decay with branching ratios that correlate with neutrino oscillation parameters. In this case the CERN Large Hadron Collider (LHC) has the potential to probe the atmospheric neutrino mixing angle with sensitivity competitive to its low-energy determination by underground experiments. Under realistic detection assumptions, we identify the necessary conditions for the experiments at CERN's LHC to probe the simplest scenario for neutrino masses induced by minimal supergravity with bilinear R parity violation.

Testing for large extra dimensions with neutrino oscillations

We consider a model where sterile neutrinos can propagate in a large compactified extra dimension giving rise to Kaluza-Klein (KK) modes and the standard model left-handed neutrinos are confined to a 4-dimensional spacetime brane. The KK modes mix with the standard neutrinos modifying their oscillation pattern. We examine former and current experiments such as CHOOZ, KamLAND, and MINOS to estimate the impact of the possible presence of such KK modes on the determination of the neutrino oscillation parameters and simultaneously obtain limits on the size of the largest extra dimension. We found that the presence of the KK modes does not essentially improve the quality of the fit compared to the case of the standard oscillation. By combining the results from CHOOZ, KamLAND, and MINOS, in the limit of a vanishing lightest neutrino mass, we obtain the stronger bound on the size of the extra dimension as similar to 1.0(0.6) mu m at 99% C.L. for normal (inverted) mass hierarchy. If the lightest neutrino mass turns out to be larger, 0.2 eV, for example, we obtain the bound similar to 0.1 mu m. We also discuss the expected sensitivities on the size of the extra dimension for future experiments such as Double CHOOZ, T2K, and NO nu A.

Magnetoresistance oscillations in multilayer systems: Triple quantum wells

Magnetoresistance of two-dimensional electron systems with several occupied subbands oscillates owing to periodic modulation of the probability of intersubband transitions by the quantizing magnetic field. In addition to previous investigations of these magnetointersubband (MIS) oscillations in two-subband systems, we report on both experimental and theoretical studies of such a phenomenon in three-subband systems realized in triple quantum wells. We show that the presence of more than two subbands leads to a qualitatively different MIS oscillation picture, described as a superposition of several oscillating contributions. Under a continuous microwave irradiation, the magnetoresistance of triple-well systems exhibits an interference of MIS oscillations and microwave-induced resistance oscillations. The theory explaining these phenomena is presented in the general form, valid for an arbitrary number of subbands. A comparison of theory and experiment allows us to extract temperature dependence of quantum lifetime of electrons and to confirm the applicability of the inelastic mechanism of microwave photoresistance for the description of magnetotransport in multilayer systems.

High-order fractional microwave-induced resistance oscillations in two-dimensional systems

We report on the observation of microwave-induced resistance oscillations associated with the fractional ratio n/m of the microwave irradiation frequency to the cyclotron frequency for m up to 8 in a two-dimensional electron system with high electron density. The features are quenched at high microwave frequencies independent of the fractional order m. We analyze temperature, power, and frequency dependencies of the magnetoresistance oscillations and discuss them in connection with existing theories.

Interference oscillations of microwave photoresistance in double quantum wells

We observe oscillatory magnetoresistance in double quantum wells under microwave irradiation. The results are explained in terms of the influence of subband coupling on the frequency dependent photoinduced part of the electron distribution function. As a consequence, the magnetoresistance demonstrates the interference of magnetointersubband oscillations and conventional microwave induced resistance oscillations.

Resonance oscillations of magnetoresistance in double quantum wells

We present the experimental and theoretical studies of the magnetoresistance oscillations induced by the resonance transitions of electrons between the tunnel-coupled states in double quantum wells. The suppression of these oscillations with increasing temperature is irrelevant to the thermal broadening of the Fermi distribution and reflects the temperature dependence of the quantum lifetime of electrons. The gate control of the period and amplitude of the oscillations is demonstrated.

Renyi entropy and parity oscillations of anisotropic spin-s Heisenberg chains in a magnetic field

Using the density matrix renormalization group, we investigate the Renyi entropy of the anisotropic spin-s Heisenberg chains in a z-magnetic field. We considered the half-odd-integer spin-s chains, with s = 1/2, 3/2, and 5/2, and periodic and open boundary conditions. In the case of the spin-1/2 chain we were able to obtain accurate estimates of the new parity exponents p(alpha)((p)) and p(alpha)((o)) that gives the power-law decay of the oscillations of the alpha-Renyi entropy for periodic and open boundary conditions, respectively. We confirm the relations of these exponents with the Luttinger parameter K, as proposed by Calabrese et al. [Phys. Rev. Lett. 104, 095701 (2010)]. Moreover, the predicted periodicity of the oscillating term was also observed for some nonzero values of the magnetization m. We show that for s > 1/2 the amplitudes of the oscillations are quite small and get accurate estimates of p(alpha)((p)) and p(alpha)((o)) become a challenge. Although our estimates of the new universal exponents p(alpha)((p)) and p(alpha)((o)) for the spin-3/2 chain are not so accurate, they are consistent with the theoretical predictions.

Complex kinetics, high frequency oscillations and temperature compensation in the electro-oxidation of ethylene glycol on platinum

Despite the fact that the majority of the catalytic electro-oxidation of small organic molecules presents oscillatory kinetics under certain conditions, there are few systematic studies concerning the influence of experimental parameters on the oscillatory dynamics. Of the studies available, most are devoted to C1 molecules and just some scattered data are available for C2 molecules. We present in this work a comprehensive study of the electro-oxidation of ethylene glycol on polycrystalline platinum surfaces and in alkaline media. The system was studied by means of electrochemical impedance spectroscopy, cyclic voltammetry, and chronoamperometry, and the impact of parameters such as applied current, ethylene glycol concentration, and temperature were investigated. As in the case of other parent systems, the instabilities in this system were associated with a hidden negative differential resistance, as identified by impedance data. Very rich and robust dynamics were observed, including the presence of harmonic and mixed mode oscillations and chaotic states, in some parameter region. Oscillation frequencies of about 16 Hz characterized the fastest oscillations ever reported for the electro-oxidation of small organic molecules. Those high frequencies were strongly influenced by the electrolyte pH and far less affected by the EG concentration. The system was regularly dependent on temperature under voltammetric conditions but rather independent within the oscillatory regime.