Mesurer l'amplitude articulaire du genou: goniométre universel ou smartphone [Measurement of the knee range of motion: standard goniometer or smartphone?].

Universal standard goniometer is an essential tool to measure articulations' range of motion (ROM). In this time of technological advances and increasing use of smartphones, new measurement's tools appear as specific smartphone applications. This article compares the iOS application "Knee Goniometer" with universal standard goniometer to assess knee ROM. To our knowledge, this is the first study that uses a goniometer application in a clinical context. The purpose of this study is to determine if this application could be used in clinical practice.

Caractérisation tridimensionnelle de l’amplitude articulaire de l’épaule

L’épaule est l’articulation la plus mobile et la plus instable du corps humain dû à la faible quantité de contraintes osseuses et au rôle des tissus mous qui lui confèrent au moins une dizaine de degrés de liberté. La mobilité de l’épaule est un facteur de performance dans plusieurs sports. Mais son instabilité engendre des troubles musculo-squelettiques, dont les déchirures de la coiffe des rotateurs sont fréquentes et les plus handicapantes. L’évaluation de l’amplitude articulaire est un indice commun de la fonction de l’épaule, toutefois elle est souvent limitée à quelques mesures planaires pour lesquelles les degrés de liberté varient indépendamment les uns des autres. Ces valeurs utilisées dans les modèles de simulation musculo-squelettiques peuvent amener à des solutions non physiologiques. L’objectif de cette thèse était de développer des outils pour la caractérisation de la mobilité articulaire tri-dimensionnelle de l’épaule, en passant par i) fournir une méthode et son approche expérimentale pour évaluer l’amplitude articulaire tridimensionnelle de l’épaule incluant des interactions entre les degrés de liberté ; ii) proposer une représentation permettant d’interpréter les données tri-dimensionnelles obtenues; iii) présenter des amplitudes articulaires normalisées, iv) implémenter une amplitude articulaire tridimensionnelle au sein d’un modèle de simulation numérique afin de générer des mouvements sportifs optimaux plus réalistes; v) prédire des amplitudes articulaires sécuritaires et vi) des exercices de rééducation sécuritaires pour des patients ayant subi une réparation de la coiffe des rotateurs. i) Seize sujets ont été réalisé séries de mouvements d’amplitudes maximales actifs avec des combinaisons entre les différents degrés de liberté de l’épaule. Un système d’analyse du mouvement couplé à un modèle cinématique du membre supérieur a été utilisé pour estimer les cinématiques articulaires tridimensionnelles. ii) L’ensemble des orientations définies par une séquence de trois angles a été inclus dans un polyèdre non convexe représentant l’espace de mobilité articulaire prenant en compte les interactions entre les degrés de liberté. La combinaison des séries d’élévation et de rotation est recommandée pour évaluer l’amplitude articulaire complète de l’épaule. iii) Un espace de mobilité normalisé a également été défini en englobant les positions atteintes par au moins 50% des sujets et de volume moyen. iv) Cet espace moyen, définissant la mobilité physiologiques, a été utilisé au sein d’un modèle de simulation cinématique utilisé pour optimiser la technique d’un élément acrobatique de lâcher de barres réalisée par des gymnastes. Avec l’utilisation régulière de limites articulaires planaires pour contraindre la mobilité de l’épaule, seulement 17% des solutions optimales sont physiologiques. En plus, d’assurer le réalisme des solutions, notre contrainte articulaire tridimensionnelle n’a pas affecté le coût de calculs de l’optimisation. v) et vi) Les seize participants ont également réalisé des séries d’amplitudes articulaires passives et des exercices de rééducation passifs. La contrainte dans l’ensemble des muscles de la coiffe des rotateurs au cours de ces mouvements a été estimée à l’aide d’un modèle musculo-squelettique reproduisant différents types et tailles de déchirures. Des seuils de contrainte sécuritaires ont été utilisés pour distinguer les amplitudes de mouvements risquées ou non pour l’intégrité de la réparation chirurgicale. Une taille de déchirure plus grande ainsi que les déchirures affectant plusieurs muscles ont contribué à réduire l’espace de mobilité articulaire sécuritaire. Principalement les élévations gléno-humérales inférieures à 38° et supérieures à 65°, ou réalisées avec le bras maintenu en rotation interne engendrent des contraintes excessives pour la plupart des types et des tailles de blessure lors de mouvements d’abduction, de scaption ou de flexion. Cette thèse a développé une représentation innovante de la mobilité de l’épaule, qui tient compte des interactions entre les degrés de liberté. Grâce à cette représentation, l’évaluation clinique pourra être plus exhaustive et donc élargir les possibilités de diagnostiquer les troubles de l’épaule. La simulation de mouvement peut maintenant être plus réaliste. Finalement, nous avons montré l’importance de personnaliser la rééducation des patients en termes d’amplitude articulaire, puisque des exercices passifs de rééducation précoces peuvent contribuer à une re-déchirure à cause d’une contrainte trop importante qu’ils imposent aux tendons.

Caractérisation tridimensionnelle de l’amplitude articulaire de l’épaule

L’épaule est l’articulation la plus mobile et la plus instable du corps humain dû à la faible quantité de contraintes osseuses et au rôle des tissus mous qui lui confèrent au moins une dizaine de degrés de liberté. La mobilité de l’épaule est un facteur de performance dans plusieurs sports. Mais son instabilité engendre des troubles musculo-squelettiques, dont les déchirures de la coiffe des rotateurs sont fréquentes et les plus handicapantes. L’évaluation de l’amplitude articulaire est un indice commun de la fonction de l’épaule, toutefois elle est souvent limitée à quelques mesures planaires pour lesquelles les degrés de liberté varient indépendamment les uns des autres. Ces valeurs utilisées dans les modèles de simulation musculo-squelettiques peuvent amener à des solutions non physiologiques. L’objectif de cette thèse était de développer des outils pour la caractérisation de la mobilité articulaire tri-dimensionnelle de l’épaule, en passant par i) fournir une méthode et son approche expérimentale pour évaluer l’amplitude articulaire tridimensionnelle de l’épaule incluant des interactions entre les degrés de liberté ; ii) proposer une représentation permettant d’interpréter les données tri-dimensionnelles obtenues; iii) présenter des amplitudes articulaires normalisées, iv) implémenter une amplitude articulaire tridimensionnelle au sein d’un modèle de simulation numérique afin de générer des mouvements sportifs optimaux plus réalistes; v) prédire des amplitudes articulaires sécuritaires et vi) des exercices de rééducation sécuritaires pour des patients ayant subi une réparation de la coiffe des rotateurs. i) Seize sujets ont été réalisé séries de mouvements d’amplitudes maximales actifs avec des combinaisons entre les différents degrés de liberté de l’épaule. Un système d’analyse du mouvement couplé à un modèle cinématique du membre supérieur a été utilisé pour estimer les cinématiques articulaires tridimensionnelles. ii) L’ensemble des orientations définies par une séquence de trois angles a été inclus dans un polyèdre non convexe représentant l’espace de mobilité articulaire prenant en compte les interactions entre les degrés de liberté. La combinaison des séries d’élévation et de rotation est recommandée pour évaluer l’amplitude articulaire complète de l’épaule. iii) Un espace de mobilité normalisé a également été défini en englobant les positions atteintes par au moins 50% des sujets et de volume moyen. iv) Cet espace moyen, définissant la mobilité physiologiques, a été utilisé au sein d’un modèle de simulation cinématique utilisé pour optimiser la technique d’un élément acrobatique de lâcher de barres réalisée par des gymnastes. Avec l’utilisation régulière de limites articulaires planaires pour contraindre la mobilité de l’épaule, seulement 17% des solutions optimales sont physiologiques. En plus, d’assurer le réalisme des solutions, notre contrainte articulaire tridimensionnelle n’a pas affecté le coût de calculs de l’optimisation. v) et vi) Les seize participants ont également réalisé des séries d’amplitudes articulaires passives et des exercices de rééducation passifs. La contrainte dans l’ensemble des muscles de la coiffe des rotateurs au cours de ces mouvements a été estimée à l’aide d’un modèle musculo-squelettique reproduisant différents types et tailles de déchirures. Des seuils de contrainte sécuritaires ont été utilisés pour distinguer les amplitudes de mouvements risquées ou non pour l’intégrité de la réparation chirurgicale. Une taille de déchirure plus grande ainsi que les déchirures affectant plusieurs muscles ont contribué à réduire l’espace de mobilité articulaire sécuritaire. Principalement les élévations gléno-humérales inférieures à 38° et supérieures à 65°, ou réalisées avec le bras maintenu en rotation interne engendrent des contraintes excessives pour la plupart des types et des tailles de blessure lors de mouvements d’abduction, de scaption ou de flexion. Cette thèse a développé une représentation innovante de la mobilité de l’épaule, qui tient compte des interactions entre les degrés de liberté. Grâce à cette représentation, l’évaluation clinique pourra être plus exhaustive et donc élargir les possibilités de diagnostiquer les troubles de l’épaule. La simulation de mouvement peut maintenant être plus réaliste. Finalement, nous avons montré l’importance de personnaliser la rééducation des patients en termes d’amplitude articulaire, puisque des exercices passifs de rééducation précoces peuvent contribuer à une re-déchirure à cause d’une contrainte trop importante qu’ils imposent aux tendons.

Open elbow arthrolysis for posttraumatic elbow stiffness

Résumé Introduction et objectif : l'articulation du coude est vulnérable à l'enraidissement, en particulier après un traumatisme. Le but de cette étude est d'évaluer les résultats du traitement chirurgical des raideurs post-traumatiques du coude. Type d'étude : étude rétrospective de cohorte. Les patients : dix-huit patients ont été évalués cliniquement par un observateur indépendant dans un intervalle moyen de 16 mois (6 à 43) après avoir subi une arthrolyse ouverte du coude, avec comme indication opératoire une raideur post traumatique du coude. Les traumatismes subis étaient : 11 fractures isolées, 1 luxation isolée, 6 fracture-luxations complexes. Les prises en charge initiales étaient : non-chirurgicales pour 3 patients, résection de la tête radiale pour 1 patient, réduction ouverte et ostéosynthèse pour 14 patients. Les patients ont présenté des types de raideurs mixtes pour la plupart d'entre eux. Type d'intervention : arthrolyse ouverte du coude. Evaluation : la fonction du coude et la satisfaction des patients furent les principales données récoltées. Lacs de l'évaluation, les scores de SECEC (Société Européenne de Chirurgie d'Epaule et du Coude) ont été calculés. Une analyse radiologique a aussi été effectuée. Résultats : trois patients ont présenté des complications postopératoires mineures : 1 déhiscence de plaie, 1 infection sous-cutanée, 1 sérome. Aucune de ces complications n'a eu de répercussion sur le résultat final. Le gain d'amplitude articulaire moyen était de 40°, avec un gain moyen en flexion du coude de 14° (0°-45°), et de 26° en extension (5°-67°) Aucun patient n'a présenté d'instabilité du coude. Il n'y a pas eu de signe de progression d'arthrose sur les clichés radiographiques à la revue. Nous n'avons pas mis en évidence de rapport entre le type de raideur et la voie d'abord sur les résultats. Les patients ayant présentés les raideurs les plus importantes ont bénéficiés des meilleurs résultats en terme de mobilité (p<0.001). Les meilleurs résultats ont été obtenus pour les patients opérés dans la première année aptes le traumatisme initial (p=0.008). Le score SECEC moyen était de 88 points pour les coudes opérés (52-100), et de 96 points pour les coudes sains (88-100). Conclusion : l'arthrolyse ouverte confère de bons résultats pour les patients présentant une raideur post traumatique du coude. Les meilleurs résultats sont obtenus pour les patients présentant une raideur sévère, prise en charge dans l'année qui suit le traumatisme initial.

Étude de l’évolution des aptitudes physiques durant la réadaptation fonctionnelle intensive (RFI) chez les blessés médullaires traumatiques

La récupération optimale des amplitudes articulaires (AAs) et de la force musculaire est un objectif crucial de la réadaptation fonctionnelle intensive (RFI) à la suite d’une lésion médullaire (LM). Le but de la présente étude était de documenter les changements d’AAs des membres supérieurs durant la RFI chez des individus (n = 197) ayant subi une LM et d’établir le lien avec l’autonomie fonctionnelle. Les données (AA, force musculaire, spasticité, déficiences secondaires, autonomie fonctionnelle) ont été collectées à l’admission et au congé de la RFI. Des analyses descriptives, des tests d’association entre les changements d’AAs et des variables indépendantes (douleur, spasticité, déficiences secondaires, force) et des analyses multivariées ont été utilisées. Les individus ayant une paraplégie présentent peu de déficit d’AAs à l’épaule comparés à ceux ayant une tétraplégie. Parmi ces derniers, une majorité présente des AAs sous les valeurs de normalité en fin de RFI. Le groupe D, établi selon l’évaluation de l’American Spinal Injury Association (ASIA D) présente des pertes d’AAs plus importante qu’attendue. La douleur au niveau articulaire est un facteur influençant les changements d’AAs, particulièrement dans ce groupe. La force musculaire chez les personnes ayant une tétraplégie sévère (ASIA ABC) est plus faible que celle du groupe ayant une lésion moins sévère (ASIA D). Généralement, le gain de force corrèle avec le gain d’AA. La force musculaire, les AAs et le nombre de déficiences secondaires sont les principaux éléments influençant l’autonomie fonctionnelle. En conclusion, la perte d’AA est plus importante à l’articulation de l’épaule et, pour plusieurs individus, malgré un gain significatif, les AAs n’atteignent pas les valeurs de référence au congé de la RFI. La force musculaire et certaines déficiences secondaires sont des éléments à considérer pour expliquer les pertes d’AAs et d’autonomie fonctionnelle. Les études futures devront clarifier certains aspects dont l’atteinte de la rotation médiale qui semble montrer un patron différent de récupération en comparaison des autres mouvements de l’épaule. De plus, les études devront montrer si ces changements et résultats sont maintenus après le congé de la RFI.

Les étirements musculaires : les utilisez-vous adéquatement?

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

Les mouvements passifs: un traitement de choix chez la clientèle blessée médullaire?

Travail d'intégration présenté à la Faculté de médecine en vue de l’obtention du grade de maîtrise professionnelle en physiothérapie

Modifications in Early Rehabilitation Protocol after Rotator Cuff Repair : EMG Studies

La déchirure de la coiffe des rotateurs est une des causes les plus fréquentes de douleur et de dysfonctionnement de l'épaule. La réparation chirurgicale est couramment réalisée chez les patients symptomatiques et de nombreux efforts ont été faits pour améliorer les techniques chirurgicales. Cependant, le taux de re-déchirure est encore élevé ce qui affecte les stratégies de réhabilitation post-opératoire. Les recommandations post-chirurgicales doivent trouver un équilibre optimal entre le repos total afin de protéger le tendon réparé et les activités préconisées afin de restaurer l'amplitude articulaire et la force musculaire. Après une réparation de la coiffe, l'épaule est le plus souvent immobilisée grâce à une écharpe ou une orthèse. Cependant, cette immobilisation limite aussi la mobilité du coude et du poignet. Cette période qui peut durer de 4 à 6 semaines où seuls des mouvements passifs peuvent être réalisés. Ensuite, les patients sont incités à réaliser les exercices actifs assistés et des exercices actifs dans toute la mobilité articulaire pour récupérer respectivement l’amplitude complète de mouvement actif et se préparer aux exercices de résistance réalisés dans la phase suivante de la réadaptation. L’analyse électromyographique des muscles de l'épaule a fourni des évidences scientifiques pour la recommandation de beaucoup d'exercices de réadaptation au cours de cette période. Les activités sollicitant les muscles de la coiffe des rotateurs à moins de 20% de leur activation maximale volontaire sont considérés sécuritaires pour les premières phases de la réhabilitation. À partir de ce concept, l'objectif de cette thèse a été d'évaluer des activités musculaires de l'épaule pendant des mouvements et exercices qui peuvent théoriquement être effectués au cours des premières phases de la réhabilitation. Les trois questions principales de cette thèse sont : 1) Est-ce que la mobilisation du coude et du poignet produisent une grande activité des muscles de la coiffe? 2) Est-ce que les exercices de renforcement musculaire du bras, de l’avant-bras et du torse produisent une grande activité dans les muscles de la coiffe? 3) Au cours d'élévations actives du bras, est-ce que le plan d'élévation affecte l'activité de la coiffe des rotateurs? Dans notre première étude, nous avons évalué 15 muscles de l'épaule chez 14 sujets sains par électromyographie de surface et intramusculaire. Nos résultats ont montré qu’avec une orthèse d’épaule, les mouvements du coude et du poignet et même quelques exercices de renforcement impliquant ces deux articulations, activent de manière sécuritaire les muscles de ii la coiffe. Nous avons également introduit des tâches de la vie quotidienne qui peuvent être effectuées en toute sécurité pendant la période d'immobilisation. Ces résultats peuvent aider à modifier la conception d'orthèses de l’épaule. Dans notre deuxième étude, nous avons montré que l'adduction du bras réalisée contre une mousse à faible densité, positionnée pour remplacer le triangle d’une orthèse, produit des activations des muscles de la coiffe sécuritaires. Dans notre troisième étude, nous avons évalué l'électromyographie des muscles de l’épaule pendant les tâches d'élévation du bras chez 8 patients symptomatiques avec la déchirure de coiffe des rotateurs. Nous avons constaté que l'activité du supra-épineux était significativement plus élevée pendant l’abduction que pendant la scaption et la flexion. Ce résultat suggère une séquence de plan d’élévation active pendant la rééducation. Les résultats présentés dans cette thèse, suggèrent quelques modifications dans les protocoles de réadaptation de l’épaule pendant les 12 premières semaines après la réparation de la coiffe. Ces suggestions fournissent également des évidences scientifiques pour la production d'orthèses plus dynamiques et fonctionnelles à l’articulation de l’épaule.

Modifications in Early Rehabilitation Protocol after Rotator Cuff Repair : EMG Studies

La déchirure de la coiffe des rotateurs est une des causes les plus fréquentes de douleur et de dysfonctionnement de l'épaule. La réparation chirurgicale est couramment réalisée chez les patients symptomatiques et de nombreux efforts ont été faits pour améliorer les techniques chirurgicales. Cependant, le taux de re-déchirure est encore élevé ce qui affecte les stratégies de réhabilitation post-opératoire. Les recommandations post-chirurgicales doivent trouver un équilibre optimal entre le repos total afin de protéger le tendon réparé et les activités préconisées afin de restaurer l'amplitude articulaire et la force musculaire. Après une réparation de la coiffe, l'épaule est le plus souvent immobilisée grâce à une écharpe ou une orthèse. Cependant, cette immobilisation limite aussi la mobilité du coude et du poignet. Cette période qui peut durer de 4 à 6 semaines où seuls des mouvements passifs peuvent être réalisés. Ensuite, les patients sont incités à réaliser les exercices actifs assistés et des exercices actifs dans toute la mobilité articulaire pour récupérer respectivement l’amplitude complète de mouvement actif et se préparer aux exercices de résistance réalisés dans la phase suivante de la réadaptation. L’analyse électromyographique des muscles de l'épaule a fourni des évidences scientifiques pour la recommandation de beaucoup d'exercices de réadaptation au cours de cette période. Les activités sollicitant les muscles de la coiffe des rotateurs à moins de 20% de leur activation maximale volontaire sont considérés sécuritaires pour les premières phases de la réhabilitation. À partir de ce concept, l'objectif de cette thèse a été d'évaluer des activités musculaires de l'épaule pendant des mouvements et exercices qui peuvent théoriquement être effectués au cours des premières phases de la réhabilitation. Les trois questions principales de cette thèse sont : 1) Est-ce que la mobilisation du coude et du poignet produisent une grande activité des muscles de la coiffe? 2) Est-ce que les exercices de renforcement musculaire du bras, de l’avant-bras et du torse produisent une grande activité dans les muscles de la coiffe? 3) Au cours d'élévations actives du bras, est-ce que le plan d'élévation affecte l'activité de la coiffe des rotateurs? Dans notre première étude, nous avons évalué 15 muscles de l'épaule chez 14 sujets sains par électromyographie de surface et intramusculaire. Nos résultats ont montré qu’avec une orthèse d’épaule, les mouvements du coude et du poignet et même quelques exercices de renforcement impliquant ces deux articulations, activent de manière sécuritaire les muscles de ii la coiffe. Nous avons également introduit des tâches de la vie quotidienne qui peuvent être effectuées en toute sécurité pendant la période d'immobilisation. Ces résultats peuvent aider à modifier la conception d'orthèses de l’épaule. Dans notre deuxième étude, nous avons montré que l'adduction du bras réalisée contre une mousse à faible densité, positionnée pour remplacer le triangle d’une orthèse, produit des activations des muscles de la coiffe sécuritaires. Dans notre troisième étude, nous avons évalué l'électromyographie des muscles de l’épaule pendant les tâches d'élévation du bras chez 8 patients symptomatiques avec la déchirure de coiffe des rotateurs. Nous avons constaté que l'activité du supra-épineux était significativement plus élevée pendant l’abduction que pendant la scaption et la flexion. Ce résultat suggère une séquence de plan d’élévation active pendant la rééducation. Les résultats présentés dans cette thèse, suggèrent quelques modifications dans les protocoles de réadaptation de l’épaule pendant les 12 premières semaines après la réparation de la coiffe. Ces suggestions fournissent également des évidences scientifiques pour la production d'orthèses plus dynamiques et fonctionnelles à l’articulation de l’épaule.

Análise do desempenho muscular do quadríceps e dos isquiotibiais em função da série temporal e da amplitude de movimento de atletas amadoras de futsal feminino = : Analysis of muscle performance of the quadriceps and hamstrings as a function of the times series and range of motion of amateurfemale futsal athletes

Universidade Estadual de Campinas . Faculdade de Educação Física

Large change in the predicted number of small halos due to a small amplitude oscillating inflaton potential

A smooth inflaton potential is generally assumed when calculating the primordial power spectrum, implicitly assuming that a very small oscillation in the inflaton potential creates a negligible change in the predicted halo mass function. We show that this is not true. We find that a small oscillating perturbation in the inflaton potential in the slow-roll regime can alter significantly the predicted number of small halos. A class of models derived from supergravity theories gives rise to inflaton potentials with a large number of steps and many trans-Planckian effects may generate oscillations in the primordial power spectrum. The potentials we study are the simple quadratic (chaotic inflation) potential with superimposed small oscillations for small field values. Without leaving the slow-roll regime, we find that for a wide choice of parameters, the predicted number of halos change appreciably. For the oscillations beginning in the 10(7)-10(8) M(circle dot) range, for example, we find that only a 5% change in the amplitude of the chaotic potential causes a 50% suppression of the number of halos for masses between 10(7)-10(8) M(circle dot) and an increase in the number of halos for masses <10(6) M(circle dot) by factors similar to 15-50. We suggest that this might be a solution to the problem of the lack of observed dwarf galaxies in the range 10(7)-10(8) M(circle dot). This might also be a solution to the reionization problem where a very large number of Population III stars in low mass halos are required.

Low-amplitude variations detected by CoRoT in the B8IIIe star HD 175869

Context. The origin of the short-term variability in Be stars remains a matter of controversy. Pulsations and rotational modulation are the components of the favored hypothesis. Aims. We present our analysis of CoRoT data of the B8IIIe star HD 175869 observed during the first short run in the center direction (SRC1). Methods. We review both the instrumental effects visible in the CoRoT light curve and the analysis methods used by the CoRoT Be team. We applied these methods to the CoRoT light curve of the star HD 175869. A search for line-profile variations in the spectroscopic data was also performed. We also searched for a magnetic field, by applying the LSD technique to spectropolarimetric data. Results. The light curve exhibits low-amplitude variations of the order of 300 mu mag with a double wave shape. A frequency within the range determined for the rotational frequency and 6 of its harmonics are detected. The main frequency and its first harmonic exhibit amplitude variations of a few days. Other significant frequencies of low-amplitude from 25 to a few mu mag are also found. The analysis of line profiles from ground-based spectroscopic data does not detect any variation. In addition, no Zeeman signature was found. Conclusions. Inhomogeneities caused by stellar activity in or just above the photosphere are proposed to produce the photometric variability detected by CoRoT in the Be star HD 175869. The hypothesis that non-radial pulsations are the origin of these variations cannot be excluded.

Transition amplitude for two-time physics

We present the transition amplitude for a particle moving in a space with two times and D space dimensions having an Sp(2, R) local symmetry and an SO(D, 2) rigid symmetry. It was obtained from the BRST-BFV quantization with a unique gauge choice. We show that by constraining the initial and final points of this amplitude to lie on some hypersurface of the D + 2 space the resulting amplitude reproduces well-known systems in lower dimensions. This work provides an alternative way to derive the effects of two-time physics where all the results come from a single transition amplitude.

The conversion of phase to amplitude fluctuations of a light beam by an optical cavity

Very low intensity and phase fluctuations are present in a bright light field such as a laser beam. These subtle quantum fluctuations may be used to encode quantum information. Although intensity is easily measured with common photodetectors, accessing the phase information requires interference experiments. We introduce one such technique, the rotation of the noise ellipse of light, which employs an optical cavity to achieve the conversion of phase to intensity fluctuations. We describe the quantum noise of light and how it can be manipulated by employing an optical resonance technique and compare it to similar techniques, such as Pound - Drever - Hall laser stabilization and homodyne detection. (c) 2008 American Association of Physics Teachers.

Gene Expression Noise in Spatial Patterning: hunchback Promoter Structure Affects Noise Amplitude and Distribution in Drosophila Segmentation

Positional information in developing embryos is specified by spatial gradients of transcriptional regulators. One of the classic systems for studying this is the activation of the hunchback (hb) gene in early fruit fly (Drosophila) segmentation by the maternally-derived gradient of the Bicoid (Bcd) protein. Gene regulation is subject to intrinsic noise which can produce variable expression. This variability must be constrained in the highly reproducible and coordinated events of development. We identify means by which noise is controlled during gene expression by characterizing the dependence of hb mRNA and protein output noise on hb promoter structure and transcriptional dynamics. We use a stochastic model of the hb promoter in which the number and strength of Bcd and Hb (self-regulatory) binding sites can be varied. Model parameters are fit to data from WT embryos, the self-regulation mutant hb(14F), and lacZ reporter constructs using different portions of the hb promoter. We have corroborated model noise predictions experimentally. The results indicate that WT (self-regulatory) Hb output noise is predominantly dependent on the transcription and translation dynamics of its own expression, rather than on Bcd fluctuations. The constructs and mutant, which lack self-regulation, indicate that the multiple Bcd binding sites in the hb promoter (and their strengths) also play a role in buffering noise. The model is robust to the variation in Bcd binding site number across a number of fly species. This study identifies particular ways in which promoter structure and regulatory dynamics reduce hb output noise. Insofar as many of these are common features of genes (e. g. multiple regulatory sites, cooperativity, self-feedback), the current results contribute to the general understanding of the reproducibility and determinacy of spatial patterning in early development.