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Understanding and evaluating neural abstractive summarizers using contrastive examples
No full textIn the world of ever-growing information and limited supply yet high demand of human experts, representing information in a concise form that saves human time is important. The objective of a summarization system is to output a text or summary that can concisely and accurately reflect the information present in the input text. Compared to extractive summarizers which select a subset of words or sentences from the input text, abstractive summarizers select words or sentences from the entire vocabulary of the language. Recently, a number of deep learning based neural abstractive summarization systems have been proposed. These systems use a neural network to learn an encoding of the input or source text, then generate a summary using a decoder conditioned on the source text. In this thesis, we focus on various methods through which we can analyze and evaluate the performance of neural abstractive summarization systems. We investigate how they are able to perform highly on benchmark summarization datasets, and whether the systems are able to understand deeper syntactic and semantic structures. Since these systems have performed well on standard summarization metrics, we expect them to be able to score correct summaries above the incorrect summaries. To verify this, we generate a set of contrastive summaries which are perturbed, deficient versions of human-written summaries, and test whether existing neural summarizers score human-written summaries more highly than contrastive summaries. We analyze their performance on different datasets and find that majority of the time these systems scored the contrastive summaries higher than the human-written summaries. Further, we use the generated contrastive summaries to develop a neural model for evaluating summarization systems. We find that these systems show promise when compared with human evaluation of the summaries, though significant work will be required to develop a comprehensive evaluation measure, which can accurately capture all relevant aspects of a generated summary.Dans un monde où l'information est sans cesse grandissante malgré une offre limitée et une grande demande d'expertise humaine, représenter l'information de manière concise afin de pouvoir gagner du temps est important. L'objectif d'un système de génération de résumé est de produire un texte ou un résumé reflétant de façon concise et précise le contenu du texte initial. En comparaison avec les technologies de génération de résumé par extraction, qui sélectionnent un sous-ensemble de mots ou de phrases du texte initial, les technologies de génération de résumé par abstraction sélectionnent des mots ou des phrases parmi tout le vocabulaire d'une langue. Récemment, certains systèmes neuronaux d'abstraction de résumé basés sur un apprentissage en profondeur ont été proposés. Ces systèmes utilisent un réseau neuronal pour apprendre un encodage du texte initial ou de texte source, puis génèrent un résumé en utilisant un décodeur conditionné sur la base du texte source. Dans la présente thèse, nous nous intéressons à des méthodes variées à travers lesquelles nous pouvons analyser et évaluer la performance de systèmes neuronaux de résumés automatiques. Nous examinons dans quelle mesure ils peuvent exécuter des jeux de données de résumés standards, et si les systèmes peuvent comprendre des structures syntaxiques et sémantiques plus profondes. Puisque ces systèmes ont livré une bonne performance en ce qui concerne les paramètres de résumés standards, nous nous attendons à ce qu'ils puissent générer plus de résumés corrects que de résumés incorrects. Afin de vérifier cette hypothèse, nous générons un ensemble de résumés contrastifs qui sont des versions perturbées, déficientes de résumés rédigés par des humains, et testons si les systèmes neuronaux de résumé existants surpassent davantage les résumés rédigés par des humains que les résumés contrastifs. Nous analysons leur performance sur différents jeux de données et trouvons que la plupart du temps, ces systèmes génèrent de meilleurs résumés contrastifs que ceux rédigés par des humains. Puis, nous utilisons les résumés contrastifs générés pour développer un modèle neuronal d'évaluation des systèmes de récapitulation. Nous estimons que ces systèmes semblent prometteurs lorsqu'ils sont comparés à une évaluation humaine des résumés, bien qu'un travail significatif soit requis afin de développer une mesure d'évaluation complète, pouvant capturer précisément tous les aspects pertinents d'un résumé généré
Trends in the primary care prescription of opioids in the United Kingdom: A drug utilization study
No full textIncreasing use and abuse of opioid drugs have become a worldwide public health concern over the last several years. While much attention has focused on North American trends in opioid use, utilization in other developed countries remains understudied. To our knowledge, very few studies have examined the utilization of opioids in the United Kingdom (UK), and each had important limitations. Thus, our objective was to examine trends in the prescription of opioids in a primary care setting in the UK over the past two decades and to describe characteristics of patients receiving opioid prescriptions.We constructed a population-based retrospective cohort study of patients aged 18 years or older to identify all prescriptions issued for opioids indicated for pain relief between April 1, 1998 and March 31, 2017 using data from the Clinical Practice Research Datalink (CPRD). The CPRD is a large computerized database containing anonymized primary care data from over 700 practices in the UK and includes over 15 million patient records. We estimated rates and age- and sex-adjusted rate ratios (RR) using Poisson regression to identify trends over time, both overall and within age- and sex-defined subgroups. To increase the stability of estimated prescription RRs, we collapsed the first four years of the study period to use as the reference category.We identified a total of 51,647,599 opioid prescriptions over the study period. The median age at prescription was 64 years (interquartile range (IQR) 51 to 75), and 63.5% of these were prescribed to women. Between 1998 and 2017, overall opioid prescription rates doubled, from 358 per 1,000 person-years to 955 per 1,000 person-years (RR 2.09, 95% confidence interval (CI) 2.08 to 2.09). Increased prescription rates were observed for all age and sex groups and across most opioid types. While strong opioids accounted for a small proportion of all prescriptions, there were substantial increases in their rates of prescription within the study period, specifically for oxycodone and buprenorphine (RR 65.7, 95% CI 65.2 to 66.3; RR 813.1, 95% CI 794.5 to 832.1, respectively). We also constructed a sub-cohort of first ever users of opioids, defined as patients with no history of opioid use, to describe their clinical characteristics and treatment patterns. Among new users, the median age at first prescription was 61 (IQR 47 to 74), and 56.6% were women. The most common indication was musculoskeletal pain, accounting for 28.0% of new use. Furthermore, patients prescribed strong opioids at index date were more likely to be female and older. Despite rising rates of opioid prescription, the prevalence of opioid use disorder remained consistent over time. The prescription rates for opioids increased greatly in the UK over the last two decades. Analysis of both overall and stratified prescription rates showed that the increase in prescriptions could be attributed to both cancer and non-cancer indications, as well as the more recent increase in the prescription of strong opioids. This trend towards the increasing use of opioids in primary care may indicate the need for greater physician and patient education regarding the potential benefits and risks of opioid use.L'utilisation croissante des opioïdes et l'abus de ces médicaments sont devenus des préoccupations de santé publique au cours des dernières années, tant au Canada qu'à l'international. Alors que la plupart des études sur ce sujet se concentrent sur les tendances d'utilisation des opioïdes en Amérique du nord, l'utilisation des opioïdes dans les autres pays développés demeure peu étudiée. À notre connaissance, très peu d'études ont examiné l'utilisation des opioïdes dans le Royaume-Uni (UK), et celles qui l'ont étudié présentaient des limitations importantes. Ainsi, notre objectif était d'examiner les tendances de prescriptions des opioïdes dans un milieu de soins primaires au Royaume-Uni durant les deux dernières décennies et de décrire les caractéristiques des patients recevant des ordonnances d'opiacés. Nous avons construit une étude de cohorte rétrospective axée sur la population de patients âgés de 18 ans et plus. Ainsi, nous avons été en mesure d'identifier toutes les ordonnances émises pour les opiacés indiqués pour le soulagement de la douleur entre le 1er avril 1998 et le 31 mars 2017, en utilisant les données de recherche de la pratique clinique au Royaume-Uni (Clinical Practice Research Datalink, CPRD). Le CPRD est une vaste base de données informatisée contenant les données de soins primaires de plus de 700 pratiques cliniques au Royaume-Uni, ce qui comprend les dossiers médicaux anonymisés de plus de 15 millions de patients. Nous avons estimé des taux et ratio de taux (RT) ajustés selon l'âge et le sexe en utilisant la régression de Poisson, afin d'identifier les tendances temporelles pour l'ensemble de notre population d'étude et au sein des sous-groupes d'âge et de sexe. Dans le but d'augmenter la stabilité des RTs estimés pour chaque prescription, nous avons fusionné les quatre premières années de la période d'étude, que nous avons utilisé comme année de référence.Nous avons identifié un total de 51,647,599 prescriptions aux opiacés au cours de la période d'étude. L'âge médian des patients lors de la prescription était de 64 ans (écart interquartile (EI) 51-75), et 63,5 % d'entre elles ont été prescrites aux femmes. Entre 1998 et 2017, les taux de prescription des opioïdes dans l'ensemble de notre population d'étude ont doublé, passant de 358 pour 1 000 personnes-années à 955 pour 1 000 personnes-années (RT 2.09, intervalle de confiance à 95 % (IC) 2,08 à 2,09). Des taux accrus de prescriptions ont été observés pour la plupart des types d'opioïdes étudiés et parmi tous les groupes d'âge et de sexe. Alors que les opioïdes forts représentent une faible proportion de toutes les ordonnances, il y avait des augmentations drastiques dans leurs taux de prescription dans la période d'étude, spécifiquement pour l'oxycodone et la buprénorphine (RT 65,7, IC à 95% 65,2 à 66,3 ; RT 813.1, IC à 95 % 794,5 à 832.1, respectivement). Nous avons aussi construit une sous-cohorte de patients naïfs aux opioïdes, que nous avons défini par les patients n'ayant reçu aucune ordonnance d'opioïdes dans l'année précédant l'entrée dans la cohorte. Ceci nous a permis de décrire les caractéristiques cliniques et tendances de traitement des nouveaux utilisateurs dans les années de suivi de l'étude. Parmi les nouveaux utilisateurs, l'âge médian à la première ordonnance était de 61 ans (EI 47-74), et 56,6 % d'entre eux étaient des femmes. L'indication la plus courante était la douleur musculo-squelettique, ce qui représentait 28,0 % des premières prescriptions. En outre, les femmes et les patients plus âgés avaient plus de chances de recevoir une prescription d'opioïdes forts dès leur première prescription (date d'index). Malgré la hausse des taux d'ordonnances d'opioïdes, la prévalence des troubles d'utilisation des opiacés est resté stable au fil du temps
Hierarchical text classification of large-scale topics
No full textTopic modelling and classification of documents is a well studied problem in Natural Language understanding. Deep neural networks have displayed superior performance over the traditional supervised classifiers in text classification. They learn to extract useful features automatically when sufficient amount of data is presented. However, along with the growth in the number of documents comes the increase in the number of categories, which often results in poor performance of the multiclass classifiers. In this work, we use external knowledge of topic category taxonomy to aide the classification by introducing a deep hierarchical neural attention-based classifier. Our model performs better than or comparable to state-of-the-art hierarchical models with significantly fewer computational resources while maintaining high interpretability.La modélisation de sujet et la classification de documents est un problème bien étudié dans la compréhension du langage naturel. Les réseaux de neurones profonds affichent des performances supérieures à celles des classificateurs supervisés traditionnels dans la classification de textes. Ils apprennent à extraire automatiquement des attributs utils lorsqu'une quantité suffisante de données est présentée. Cependant, avec la croissance du nombre de documents vient l'augmentation du nombre de catégories, ce qui entraîne souvent une mauvaise performance des classificateurs à nombreuses catégories. Dans ce travail, nous utilisons l'information donné par la taxonomie de catégorie de sujet pour aider la classification en introduisant un classificateur hiérarchique basé sur l'apprentissage profond et les systèmes d'attention. Notre modèle est comparable et peut mieux performer que des modèles hiérarchiques de pointe tout en utilisant moins de ressources de calcul tout en conservant une haute interprétabilité
A defense in depth approach for software as a service cloud applications
No full textCloud based deployments have been moving towards a positive trend over the past decade. A variety of tooling has been introduced and the deployment procedure itself has been immensely eased. Thus, many large scale businesses are considering a move towards a fully cloud based solution. This enables them to take complete advantage of the data intensive computing facilities of the cloud. Nevertheless, the decision to move towards a complete cloud-deployment does pose some important concerns; the top priority concern being data security. The current service-levels (in terms of data security) provided by the cloud providers are proven to be strong. However, the threat model addressed by such SLAs are related to protection of the cloud Virtual Machine(VM)s from external access and against cross-communication between adjacent VMs. Yet, an orthogonal security concern is ensuring security over internal threats. This requires a defense in depth mechanism enforced on the processes internal to the deployment. The threat model for such internal-threats is derived from the bogus behavior of applications in the deployment. The study that follows produces a solution that is immune to such threats in scheduled events with large volumes of sensitive tenant information in the cloud. In this thesis we produce a proof-of-concept framework that provides dedicated and isolated data processing pipelines for different tenant data in cloud deployments. The isolation is achieved via containerizing each application in the processing pipeline. Communication between these containerized applications is enabled by stitching them together via a virtual switch and dynamically publishing flow-control rules as per SDN specifications. The framework is made generic such that the addition of a new work-flow is made straight-forward. We also define the container environment to be generic such that it enables monitoring of the work-flow status. We evaluate the robustness of the framework with various workloads and produce comparative results between containerized and non-containerized pipelines. The results show that these defense features can be implemented with a minimal runtime overhead of less than five percent. We also see from our results that the framework imposes an additional resource overhead of approximately seven point five percent CPU and eight point twenty-five percent memory.Les déploiements basés sur l'infonuagique ont la cote ces dernières années, et de nombreux outils ont été introduits pour faciliter ces procédures de déploiement. Ainsi, plusieurs entreprises à grande échelle songent à changer pour des solutions complètement basées sur l'infonuagique. Cela leur permet de tirer pleinement parti des capacités de calcul supérieures de l'infonuagique quant au traitement de volumes élevés de données. Toutefois, la décision de faire la transition complète vers le déploiement en infonuagique soulève nombre de questionnements importants, le plus prioritaire étant celui de la sécurité des données. Les accords de service présentement offerts sur le marché fournissent déjà des garanties de sécurité assez fortes. Néanmoins, le modèle de menace actuel couvert par ces accords concerne les machines virtuelles du nuage et porte seulement sur les accès externes et les communications croisées entre machines adjacentes. Pourtant, un important problème de sécurité orthogonal pour les fournisseurs de service, quant il s'agit d'infonuagique, est de garantir la sécurité des systèmes contre les menaces internes. Cela requiert un mécanisme approfondi de défense appliqué au niveau du processus interne de déploiement. Le modèle de menace pour de tels risques internes est issu de comportements fictifs d'applications lors de leur déploiement. L'étude qui suit propose une solution qui serait imperméable à de telles menaces et pratiques erronées associées lors de la planification d'événements avec de grandes quantités de données client sensibles sur une plateforme infonuagique.Dans cette étude, on fournit une validation de concept pour un cadre logiciel (framework) qui fournit des pipelines dédiés et isolés afin de traiter des données pour différents clients séparés lors de déploiements en infonuagique. L'isolement est obtenu grâce à la conteneurisation de chaque programme s'exécutant dans le pipeline. La communication entre ces programmes est permise par le rattachement entre eux via un commutateur virtuel et la publication dynamique de leurs règles de régulation selon les spécifications SDN. Le cadre logiciel est conçu de façon générique afin que le rajout de nouvelles règles de régulation soit simple. On définit aussi l'environnement du contenant de façon générique afin qu'il soit possible de surveiller le déroulement des opérations. On mesure la résilience du cadre logiciel obtenu en le testant avec différentes charges de travail afin de produire des résultats qu'on peut utiliser pour comparer les pipelines conteneurisés et ceux qui ne le sont pas. Les résultats montrent que ces caractéristiques défensives peuvent être implémentées avec une faible surcharge d'exécution de moins de moins que cinq pour cent. On voit aussi, à travers nos résultats, que le cadre logiciel requiert une surcharge de ressources de environ sept virgule cinq pour cent sur le processeur et de huit virgule vingt-cinq pour cent sur la mémoire
Temporal expansion and nonlinear parameter varying methods for the identification of nonlinear time-varying ankle dynamic stiffness
No full textThe identification of a comprehensive model of dynamic joint stiffness must deal with its time-varying and nonlinear behavior. Our laboratory has developed two new methods designed to deal with these problems. The temporal expansion (TE) method assumes that the system parameters vary explicitly with time and identifies these variations as functions of time. The nonlinear parameter varying (NPV) method assumes that the parameters vary with some known scheduling variable (SV), which may vary with time, and identifies how these parameters vary with the SV. This thesis compares the performance of the two methods when applied to data generated by simulating a realistic model of ankle dynamic joint stiffness. The results showed that both methods could successfully track the changes in stiffness dynamics. For both methods, the average %VAF increased when the signal to noise ratio or experiment length increased. However, the %VAF for the NPV method dropped at positions that were underrepresented in the SV distribution. For the TE method, the %VAF was constant throughout the cycle, except at the beginning and end of the record where it dropped due to transients. In terms of the estimated model, the NPV results were more accurate for intrinsic and reflex dynamics, whereas TE estimated the reflex static nonlinearity better. Also, PRALDS inputs generated the best results, whereas PRBS inputs caused convergence problems. Finally, this thesis demonstrates that TE results can be used to choose what SV to use with NPV, by showing how the system parameters covary with other variables.L'identification d'un modèle compréhensif de la rigidité dynamique articulaire doit incorporer son comportement non-linéaire et sa variabilité temporelle. Notre laboratoire a développé deux méthodes permettant de traiter ces problèmes. La méthode d'Expansion Temporelle (ET) repose sur la variation temporelle explicite des paramètres du système et identifie ces variations comme des fonctions du temps alors que la méthode de variation non-linéaire des paramètres (VNP) est basée sur la variation des paramètres en fonction d'une variable de séquencement (VS) qui peut varier dans le temps, et identifie comment les paramètres varient suivant VS. La thèse présentée ici compare les performances de ces deux méthodes appliquées à des données générées par un modèle réaliste de la rigidité dynamique articulaire. Les résultats montrent que ces deux méthodes permettent de suivre les changements de rigidité dynamique avec succès. Le %VE moyen augmente avec le ratio signal-bruit et la durée de l'expérience. Le %VE de la méthode VNP chute à des positions sous-représentées dans la distribution de VP. Pour la méthode ET, le %VE était constant durant tout le cycle, exceptés aux limites où les transitoires provoquent une décroissance. En terme d'estimation des modèles, les résultats de NPV sont plus précis sur la dynamique intrinsèque et des réflexes, tandis que ET génère de meilleures estimations du reflexe statique non-linéaire. De plus, les entrées PRALDS génèrent les meilleurs résultats, alors que les entrées PRBS provoquent des problèmes de convergence. Enfin, cette thèse montre comment les résultats de ET peuvent être utilisés pour choisir quel VS utiliser dans la méthode VNP, en déterminant quels paramètres du système dépendent des autres variables
Contribution of forebrain activity to structure, timing and sequencing of acoustic communication signal in songbird
No full textThe interplay of inhibition and excitation shapes neural activity within brain circuits and regulates behavioral expression and control. Previous studies of inhibitory function in forebrain circuitry propose that inhibition regulates the production of song as well as the fine acoustic structure of song. However, few studies have assessed how manipulations of inhibition in vocal premotor circuitry affect vocal production and control in songbirds. We attenuate and augmented inhibition in the vocal premotor nucleus HVC (used as proper name) using muscimol and bicuculline (BMI), respectively, in the Bengalese finch. Enhancement of inhibition in HVC dose-dependently reduced the amount of song produced. At relatively high concentrations of muscimol, birds produced spectrally degraded songs. However, at relatively low doses of muscimol, birds produced songs with spectrally normal (i.e., non-degraded) vocal elements but with significant changes to the spectral and temporal song structure (e.g., slower song tempo, lower amplitude and pitch) as well as to the variability of syllable timing and sequencing. Attenuating inhibition in HVC lead to distinct and often opposite changes to the song than enhancing inhibition. For example, BMI infusions increased song rate, increased syllable amplitude, duration and mean frequency. Further, manipulations of inhibition differentially affected gap and syllable durations. Together, these data highlight the importance of inhibition to the production of stereotyped vocalizations.L'interaction de l'inhibition et de l'excitation façonne l'activité neuronale dans les circuits cérébraux et régule l'expression et le contrôle du comportement. Des études antérieures sur la fonction inhibitrice dans les circuits cérébraux antérieurs suggèrent que l'inhibition régule la production vocale et la structure acoustique fine du chant. Cependant, peu d'études ont évalué l'impact des manipulations d'inhibition dans les circuits vocaux prémoteurs sur la production et le contrôle de la voix chez les oiseaux chanteurs. Nous atténuons et augmentons l'inhibition dans le noyau vocal prémoteur HVC (utilisé comme nom propre) en utilisant respectivement le muscimol et la bicuculline (BMI) dans le pinson du Bengale. Une inhibition améliorée du VHC réduit la quantité de chansons produite par la dose. À des concentrations relativement élevées de muscimol, les oiseaux ont produit des chants dégradés spectralement. Cependant, à des doses relativement faibles de muscimol, les oiseaux ont produit des chants avec des éléments vocaux spectralement normaux (c'est-à-dire non dégradés), mais avec des modifications significatives de la structure spectrale et temporelle des chants en fonction de la variabilité du timing et du séquencement des syllabes. L'inhibition de l'inhibition dans HVC entraîne des changements distincts et souvent opposés dans le chant par rapport à une inhibition accrue. Par exemple, les infusions d'BMI ont augmenté le nombre de chansons, l'amplitude, la durée et la fréquence des syllabes. De plus, les manipulations de muting ont affecté différemment les durées des espaces et des syllabes. Ensemble, ces données soulignent l'importance de l'inhibition pour la production de vocalisations stéréotypées
The impact of oxygen depletion and the concomitant acidification of bottom waters on the preservation of detrital carbonates in the Gulf of the St-Lawrence
No full textOver the past century, dissolved oxygen concentrations (DO) in the bottom waters of the Lower St. Lawrence Estuary (LSLE) and the Gulf have decreased dramatically and led to the development of persistent hypoxia ([O2] = <62.5μmol/L) in the LSLE. Oxygen depletion has been attributed primarily to changes in ocean circulation in the northwest Atlantic Ocean and an increase in the flux of organic matter to the seafloor. Accumulation of metabolic CO2 in these waters has also resulted in their acidification and a decrease in pH (0.3-0.4 pH unit), commensurate to the variation expected for oceanic surface waters by the end of this century, thus, making this setting an excellent analogue for studies of ocean acidification and its potential ecological impacts. The decrease in bottom-water pH is accompanied by a decrease in the carbonate ion concentration and the saturation state of the waters with respect to both calcite and aragonite (ΩC and ΩA). Although the Laurentian Trough sediments are mostly devoid of modern calcium carbonate fossils, detrital (Ordovician/Silurian) carbonates originating from Anticosti Island accumulate on the neighboring seafloor. Whereas aragonite is absent in these sediments, to the best of our knowledge the preservation and dissolution of calcite has not been documented. This study examines the impact of oxygen depletion and the concomitant acidification of bottom waters on the preservation of these detrital carbonates in the Laurentian Trough sediments. Evidence of carbonate mineral dissolution is presented through an analysis of the inorganic carbon content of the sediments and their pore water composition. Historical data are used to determine the temporal evolution of the solid phase profiles as well as document the differential spatial preservation of the detrital carbonates. Finally, the mineralogy, chemical (Mg/Ca) and stable isotopic composition (δ13C and δ18O) of the carbonates in sediment cores recovered in the Trough were compared to the source material eroded from Anticosti Island.Au cours du siècle dernier, les concentrations en oxygène dissous dans les eaux profondes de l'estuaire maritime du Saint-Laurent (EMSL) et du Golfe ont diminuées dramatiquement, menant à une hypoxie persistante ([O2] = <62.5μmol/L). L'appauvrissement en oxygène dissous est principalement due aux changements de la circulation océanique dans le nord-ouest Atlantique età une augmentation du flux de matière organique vers le fond. L'accumulation de CO2 métaboliquedans ces eaux résulte en leur acidification et à une chute du pH (de 0.3-0.4 unité de pH), semblable aux variations attendues pour les eaux océaniques de surface d'ici la fin du siècle. Ainsi, cet environnement est un excellent analogue pour l'étude de l'acidification des océans et ses impacts écologiques potentiels. La diminution du pH des eaux profondes est accompagnée par une diminution de la concentration des ions carbonates et de l'état de saturation de l'eau par rapport à la calcite et à l'aragonite (ΩC and ΩA). Alors que les sédiments de la fosse laurentienne ne contiennent généralement pas de fossiles modernes de carbonate de calcium, des carbonates détritiques (Ordovicien/Silurien) provenant de l'île d'Anticosti s'accumulent sur le fond marin avoisinant. Quoique ces sédiments ne contiennent pas d'aragonite, au meilleur de notre connaissance, la préservation et la dissolution de la calcite n'a pas été documentée. Cette étude examine les impacts de la diminution en oxygène dissous et de l'acidification concomitante sur la préservation de ces carbonates détritiques dans les sédiments de la fosse laurentienne. Nous documentons la dissolution des minéraux carbonatés à l'aide d'une analyse du contenu en carbone inorganique des sédiments et de la composition de leurs eaux porales. Des données historiques sont utilisées pour déterminer l'évolution temporelle des profils de la phase solide ainsi que documenter la variabilité spatiale de la préservation. Finalement, nous comparons la composition minéralogique, chimique (Mg/Ca) et isotopique (δ13C and δ18O) des carbonates de carottes de sédiment provenant de la fosse et du matériel source érodé de l'île d'Anticosti
Detecting and assessing consciousness in behaviourally unresponsive populations:combining event-related and continuous electroencephalography analysis techniques
No full textPatients diagnosed with disorders of consciousness are difficult to assess as their behavioural responsiveness may be attenuated by a variety of factors and may not be reflective of their actual level of consciousness. This thesis focuses on electroencephalography (EEG) methods for detecting and assessing consciousness directly from an individual's brain activity in populations with uncertain levels of awareness. By addressing some of the current controversy in the field, investigating new approaches to consciousness assessment, and by combining both event-related and continuous EEG analyses, this thesis establishes and presents a more robust and holistic approach to assessing disorders of consciousness. Critical factors to consider when using event-related potential methods to assess level of consciousness in unresponsive populations are investigated and presented in Chapter 1. Chapter 2 combines EEG based measures of functional connectivity and multivariate partial least squares analyses to present a novel approach for isolating significant network-level changes across cognitive states. A bedside approach that combines event-related and continuous EEG analysis techniques for the assessment of an acute traumatic brain injury (TBI) patient is explored in Chapter 3. Finally, a within-subject anesthesia-based approach to consciousness detection is presented in Chapter 4 as a chronic TBI patient is evaluated using the protocol.Les patients chez qui un diagnostic de trouble de la conscience est posé sont difficiles à évaluer parce que leurs réactions comportementales peuvent être atténuées par divers facteurs et ne pas refléter leur réel niveau de conscience. La présente thèse porte sur les méthodes électro-encéphalographiques (EEG) de dépistage et d'évaluation de la conscience directement de l'activité cérébrale dans des populations dont le niveau de conscience est incertain. En abordant certaines des controverses actuelles dans le domaine, en étudiant de nouvelles approches d'évaluation de la conscience et en combinant à la fois l'analyse en continu et l'analyse des potentiels évoqués cérébraux, cette thèse établit et présente une approche plus holistique et robuste à l'évaluation des troubles de la conscience. Le chapitre 1 étudie et présente les facteurs essentiels à prendre en compte lors du recours à des méthodes de potentiels évoqués cérébraux pour évaluer le niveau de conscience de sujets non réactifs. Le chapitre 2 associe une analyse des mesures de connectivité fonctionnelle par EEG et une analyse multivariée partielle des moindres carrés pour présenter une approche inédite qui permet d'isoler des changements significatifs du réseau selon les états cognitifs. Le chapitre 3 explore une approche au chevet du patient qui combine des techniques d'analyse en continu et d'analyse des potentiels évoqués cérébraux par EEG afin d'évaluer le patient atteint d'un traumatisme cérébral aigu. Le chapitre 4, enfin, présente une approche par anesthésie intrasujet au dépistage de la conscience à l'aide de ce protocole, dans le cadre de l'évaluation d'un patient atteint d'un traumatisme cérébral chronique
Regular and phylogenetic hidden Markov models for identifying cell type specific regulatory regions
No full textTranscriptional regulation of gene expression is a crucial process for the proper development and functioning of an organism. The process of transcriptional regulation ensuring the precise spatial and temporal expression of genes is carried out by proteins binding to regulatory regions in the DNA. Identification of these regulatory regions is crucial for understanding the patterns of gene expression regulation as well as for carrying out diagnosis and drug discovery for diseases occurring due to misregulation of genes caused by mutations in the regulatory regions. In this thesis, we present and compare computational methods based on regular hidden Markov models (HMMs), phylogenetic hidden Markov models (phylo-HMMs), and support vector machines (SVMs) for the identification of cell type specific regulatory regions using DNA sequence information from the genome of the species in question and from the genomes of related species. While the regular HMMs and SVMs only use DNA sequence information, the phylo-HMMs exploit sequence readout as well as sequence evolution information to identify regulatory regions. In the process of learning to identify regulatory regions, the models recognize highly discriminating sequence patterns indicative of regulatory function which are often either transcription factor binding motifs or portions of transcription factor binding motifs. Each of the three models has its shortcomings and on combining the predictions of two or more models; the models can complement each other to overcome these shortcomings. For instance, when training to identify GM12878 lymphoblastoid cell line specific regulatory regions in the human genome, we noticed that combining the predictions of the SVM, the regular HMM, and the phylo-HMM gave us the best results. Also, on comparing the highly discriminating six-length sequence patterns recognized by the regular HMM and phylo-HMM against the database of known motifs we observed a total of 91 matches.La régulation transcriptionnelle de l'expression des gènes est un processus crucial pour le développement et le fonctionnement correct d'un organisme. Le processus de régulation de la transcription assurant l'expression précise des gènes dans l'espace et dans le temps est réalisé par la liaison de protéines à des régions régulatrices de l'ADN. L'identification de ces régions régulatrices est cruciale pour comprendre les schémas de régulation de l'expression génique ainsi que pour effectuer un diagnostic et la découverte de médicaments pour les maladies dues à une mauvaise régulation des gènes provoquée par des mutations dans les régions régulatrices. Dans cette thèse, nous présentons et comparons des calculs méthodes basées sur des modèles de Markov cachés réguliers (HMM), des modèles de Markov cachés phylogénétiques (phylo-HMM) et des machines à vecteurs de support (SVM) pour l'identification de régions régulatrices spécifiques à un type de cellule à l'aide d'informations de séquence d'ADN provenant du génome de l'espèce en question, et à partir des génomes d'espèces apparentées. Tandis que les HMM et les SVM habituels utilisent uniquement les informations de séquence d'ADN, les phylo-HMM exploitent la lecture de séquence ainsi que les informations d'évolution de séquence pour identifier les régions régulatrices. Dans le processus d'apprentissage pour identifier les régions régulatrices, les modèles reconnaissent des motifs de séquence hautement discriminants, indicatifs de la fonction régulatrice, qui sont souvent soit des motifs de liaison au facteur de transcription, soit des portions de motifs de liaison au facteur de transcription. Chacun des trois modèles a ses inconvénients et combine les prévisions de deux ou plusieurs modèles; les modèles peuvent se compléter pour surmonter ces faiblesses. Par exemple, lors de l'entraînement à l'identification de régions régulatrices spécifiques du lignée cellulaire lymphoblastoïde GM12878, nous avons constaté que la combinaison des prédictions du SVM, du HMM régulier et du phylo-HMM nous donnait les meilleurs résultats. En outre, en comparant les modèles de séquence hautement discriminants à six longueurs reconnus par le HMM régulier et le phylo-HMM par rapport à la base de données de motifs connus, nous avons observé un total de 91 correspondances
Mathematical modelling of bone mineralization integrating physicochemical kinetics with biological components
No full textBone mineralization is a critical molecular mechanism of bone remodelling that deposits minerals onto the organic matrix of bone. In the tightly-coupled process, osteoclasts degrade the inorganic matrix by increasing H+ ions in the bone extracellular matrix, and osteoblasts form the mineralized tissue by controlling the local balance of Ca2+ and PO43- ion. The process of precipitating hydroxyapatite (HaP) mineral and the mechanisms of its regulation within bone are not yet fully understood; however, cellular, extracellular, and physicochemical events play a role in the remodelling process. The goal of this study was to investigate how the specific role of physicochemical dynamics functions in determining the local balance of Ca2+, PO43-, and other minerals. To achieve this goal, I implemented mathematical modelling as a tool to study the HaP precipitation and to explore the mechanisms of defective bone mineralization.To properly model the precipitation process during bone mineralization, I first examined pertinent literature by performing the scoping review of previously published mathematical models of calcification in biologically-relevant systems. After searching MathSciNet, Scopus, and WebofScience, I screened 2096 studies, and included 114 studies in the final analysis. This scoping review suggested that broad theories, such as classical nucleation and kinetic theories, may be adapted for modelling calcium precipitation in biologically relevant systems; however, detailed mathematical descriptions of biological, chemical, and physicochemical aspects of calcium precipitation are required, but was often missing in published manuscripts.Next, I developed a mathematical model that combined the description of a) biological regulation of collagen matrix formation and maturation, and turnover of inhibitors of mineralization; b) balance of chemical species related to calcium and phosphate in the aqueous extracellular environment; and c) the precipitation of HaP with biological components through a diffusion-reaction process. The physiological range of initial serum concentrations for Ca2+, PO43-, and H+ that modelled healthy bone mineralization were established. Next, the changes in initial serum concentrations of Ca2+, PO43-, and H+ and their effects on mineral degree formation were investigated. It was determined that Ca2+ had the strongest influence on mineral formation. Hypo-mineralization was seen in low concentrations of Ca2+ and PO43-, consistent with pathological mineralization conditions of hypo-calcemia and phosphatemia. Contrarily, hyper-mineralization was observed in high concentrations of Ca2+ and PO43-. Lastly, acidosis causes mineral dissolution and alkalosis promotes mineral formation. The mathematical model provides an updated outlook on the physicochemical dynamics of bone mineralization. With the addition of aqueous phase species, chemical mineral formation, and the integration with biological components, precipitation dynamics of healthy and defective bone mineralization were studied with changes in specie concentrations in the local bone microenvironment. The outcome of these studies can be used to quantitatively predict mineralization in other tissues and provide insight on the precipitation process of other biological systems.La minéralisation osseuse est un mécanisme moléculaire critique du remodelage osseux qui dépose des minéraux sur la matrice organique de l'os. Dans le processus étroitement couplé, les ostéoclastes dégradent la matrice inorganique en augmentant les ions H+ dans la matrice extracellulaire de l'os, et les ostéoblastes forment le tissu minéralisé en contrôlant l'équilibre local des ions Ca2+ et PO43-. Le processus de précipitation de l'hydroxyapatite (HaP) minéral et les mécanismes de sa régulation dans l'os ne sont pas encore totalement compris; cependant, les événements cellulaires, extracellulaires et physicochimiques jouent un rôle dans le processus de remodelage. Le but de cette étude était d'étudier comment le rôle spécifique de la dynamique physicochimique fonctionne dans la détermination de l'équilibre local de Ca2+, PO43-, et d'autres minéraux. Pour atteindre cet objectif, j'ai implémenté la modélisation mathématique comme outil pour étudier la précipitation de HaP et explorer les mécanismes de minéralisation osseuse défectueuse. Pour modéliser correctement le processus de précipitation au cours de la minéralisation osseuse, j'ai d'abord examiné la littérature pertinente en effectuant l'examen de la portée des modèles mathématiques de calcification publiés antérieurement dans des systèmes biologiquement pertinents. Après une recherche sur MathSciNet, Scopus et WebofScience, nous avons analysé 2096 études et inclus 114 études dans l'analyse finale. Cette revue de la portée suggérait que de larges théories, telles que les théories classiques de nucléation et de cinétique, pourraient être adaptées pour modéliser la précipitation du calcium dans des systèmes biologiquement pertinents; cependant, des descriptions mathématiques détaillées des aspects biologiques, chimiques et physicochimiques de la précipitation du calcium sont requises, mais elles manquaient souvent dans les manuscrits publiés. Ensuite, j'ai développé un modèle mathématique qui combine la description de a) la régulation biologique de la formation et de la maturation de la matrice de collagène, et le renouvellement des inhibiteurs de la minéralisation; b) l'équilibre des espèces chimiques liées au calcium et au phosphate dans l'environnement extracellulaire aqueux; et c) la précipitation de HaP avec des composants biologiques par un processus de diffusion-réaction. La gamme physiologique des concentrations sériques initiales de Ca2+, PO43- et H+ qui ont modélisé la minéralisation osseuse saine ont été établies. Ensuite, les changements dans les concentrations sériques initiales de Ca2+, PO43- et H+ et leurs effets sur la formation du degré minéral ont été étudiés. Il a été déterminé que Ca2+ avait l'influx le plus fort sur la formation minérale. Une hypominéralisation a été observée à de faibles concentrations de Ca2+ et de PO43-, ce qui est compatible avec les conditions de minéralisation pathologique de l'hypocalcémie et de la phosphatémie. Au contraire, une hyperminéralisation a été observée à de fortes concentrations de Ca2+ et PO43-. Enfin, l'acidose provoque la dissolution des minéraux et l'alcalose favorise la formation de minéraux.Le modèle mathématique fournit une perspective actualisée sur la dynamique physicochimique de la minéralisation osseuse. Avec l'ajout d'espèces en phase aqueuse, la formation de minéraux chimiques et l'intégration avec des composants biologiques, la dynamique des précipitations de minéralisation osseuse saine et défectueuse a été étudiée avec des changements dans les concentrations d'espèces dans le microenvironnement osseux local. Les résultats de ces études peuvent être utilisés pour prédire quantitativement la minéralisation dans d'autres tissus et fournir un aperçu du processus de précipitation d'autres systèmes biologiques