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Novel architectures for capacitive micromachined sensors and actuators
No full textThis work presents novel architectures for improving the performance of capacitive-based micromachined thermal detectors, ultrasonic transducers, and multiplexers. The proposed designs are implemented in a pure-play commercial process, which is known for its reliability and cost-effectiveness. In addition, several performance-limitation issues are tackled. Furthermore, a novel approach is proposed for implementing standalone MEMS arrays, to avoid the complicated and expensive post-processing of complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) wafers.The first part of this work presents a novel dual-level capacitive bimorphous thermal detector architecture that is prototyped in the commercial PolyMUMPs by MEMSCAP. The dual-level design exhibits a 6.5 fF/°C sensitivity which is over 3 times higher than traditional single-level designs and it has a base capacitance that is over twice as large. The proposed architecture mitigates an inherent trade-off between thermal sensitivity and base capacitance. Other challenges facing bimorphous thermal detectors are addressed as well. This work also presents, a compensation mechanism for shocks and the ambient temperature. In addition, a material selection study for the bimorph layers concluded a significant performance enhancement of using silicon-carbide (SiC) with polyimide. Moreover, a method was developed for utilizing a positive photoresist as a sacrificial layer that alleviates the restrictions on material-selection for the layers of the bimorphs.The second part of this study presents a reduced-gap implementation of a 3.33-MHz capacitive micromachined ultrasonic transducer (CMUT) in the PolyMUMPs technology. The design provides a bias voltage supply reduction that is four times less compared to the traditional architecture to achieve a sufficient acoustic pressure. Also, a novel operation mechanism is demonstrated for ultrasonic testing underwater, and this mechanism employs the surface-tension forces between the surfaces of the water and the ultrasonic probe. The proposed meniscus-mode mechanism amplifies the ultrasonic signal more than the traditional fully-immersed setup by a factor of 2.6; this is demonstrated experimentally in the study.The final part proposes a novel switching design for multiplexing, and it targets low-frequency applications. The inline torsional electrostatic MEMS multiplexer (ITEM2) architecture is presented. In the study, a theoretical analysis of the structure's snap-down voltage is derived. By combining the novel architectures for thermal detectors and CMUTs presented with the proposed ITEM2 design, a stand-alone MEMS array solution can be a low-cost alternative to the traditional monolithic and hybrid integration with the electronics. The study presents an implementation of an 8 × 8 thermal detectors array that is routed using micromachined bypass-bridges and MEMS multiplexers.Ce travail présente de nouvelles architectures pour améliorer les performances des d´détecteurs thermiques micro-usinés à base capacitive, des transducteurs à ultrasons et des multiplexeurs. Les conceptions proposées sont mises en œuvre dans un processus commercial pur, connu pour sa fiabilité et son rapport coût-efficacité. En outre, plusieurs problèmes de limitation des performances sont abordés. De plus, une nouvelle approche est proposée pour la mise en œuvre d'une matrice MEMS autonome afin d'éviter le post-traitement compliqué et coûteux de tranches de métal-oxyde-semiconducteur complémentaires (CMOS). La première partie de ce travail présente une nouvelle architecture de d´détecteur thermique bimorphe capacitif à deux niveaux qui est prototypée dans les PolyMUMPs commercialisés par MEMSCAP. La conception à deux niveaux présente une sensibilité de 6,5 fF/°C qui est plus élevée de plus de 3 fois que les conceptions traditionnelles à un seul niveau, et qui a une capacité de base deux fois plus grande. L'architecture proposée atténue un compromis inhérent entre la sensibilité thermique et la capacité de base. D'autres défis auxquels sont confrontés les détecteurs thermiques bimorphes sont également abordés. Ce travail présente un mécanisme de compensation des chocs et de la température ambiante. De plus, une étude de sélection des matériaux pour les couches de bimorphe a emmené à une amélioration significative des performances de l'utilisation du carbure de silicium (SiC) avec le Polyimide. Par ailleurs, une méthode a été développée pour utiliser une résine photosensible positive en tant que couche sacrificielle qui allège les restrictions sur la sélection de matériaux pour les couches des bimorphes.La deuxième partie de cette étude présente une mise en œuvre réduite des transducteurs ultrasoniques micro-usinés capacitifs de 3,33-MHz (CMUT) dans la technologie PolyMUMPs. La conception fournit une réduction de la tension de l'alimentation qui est quatre fois supérieure à l'architecture traditionnelle pour obtenir une pression acoustique suffisante. En outre, un nouveau mécanisme de fonctionnement est démontré pour les tests par ultrasons sous l'eau, et ce mécanisme utilise les forces de tension de surface entre les surfaces de l'eau et la sonde ultrasons. Le mécanisme en mode ménisque proposé amplifie le signal ultrasonore plus que la configuration traditionnelle entièrement immergée par un facteur de 2,6; ceci est démontré expérimentalement dans l'étude.La dernière partie propose une nouvelle conception de commutation pour le multiplexage et cible les applications à basse fréquence. L'architecture du multiplexeur MEMS électrostatique en torsion en ligne (ITEM2) est présentée. Dans l'étude, une analyse théorique de la tension d'enclenchement de la structure est dérivée. En combinant les nouvelles architectures pour les détecteurs thermiques et les CMUT représentées par la conception ITEM2 proposée, une solution MEMS autonome peut être une alternative économique à l'intégration traditionnelle monolithique et hybride avec l'électronique. L'étude présente une mise en œuvre d'un réseau de détecteurs thermiques de 8 × 8 qui est acheminé à l'aide de ponts de dérivation micro-usinés et de multiplexeurs MEMS
A Hamilton-Jacobi-Bellman methodology for the stability of receding horizon control
No full textReceding Horizon Control (RHC) is a very effective control methodology which has been employed in an extensive range of industrial applications such as process industry and power systems. The stability of systems under RHC is of great importance for its application and has been abundantly studied. However, most of the stability results involve terminal costs or constraints which are sometimes not computationally desirable. Recent studies consider the stability of systems under RHC without such terminal costs or constraints. In this work, it is shown that the smoothness of the value function is sufficient to ensure stability for control affine systems under RHC laws with no terminal cost. In addition, the stability is proved subject to bounded control constraints if a stabilizing infinite horizon controller exists under the same constraints. In order to find the infimum for all stabilizing horizons, a simple ODE problem based on the linearized system is developed that provides the set of stabilizing and destabilizing horizons. It is shown that the infimum of stabilizing horizons can be estimated without the need to solve the nonlinear optimal control problem, and that subject to certain conditions the exact infimum can be obtained. Simulations are provided to illustrate the application of these methods to some nonlinear systems. The results are then generalized for Regional Hybrid Systems which do not have smooth value functions in general. It is shown for the Regional Hybrid Systems that under certain assumptions, which particularly includes the convergence of the gradients of the infinite and finite horizon value functions, there exists a specfiic horizon so that the system is stable under RHC with larger horizons.La Commande à Horizon Fuyant (CHF) est une méthode de contrôle très efficace qui aété utilisée dans une large gamme d'applications industrielles. La stabilité des systèmescontrôllés par la CHF revêt une grande importance pour son application et a été abondamment étudiée. Cependant, la plupart des résultats de stabilité impliquent des coûts finaux ou des contraintes parfois coûteuses en temps de calculs. De récentes études considèrent la stabilité des systèmes contrôllés par la CHF sans ces désavantages. Dans ce travail, il est montré que la fonction de valeur doit être suffisament lisse pour assurer la stabilité des contrôleurs affines des systèmes asservis, par les lois CHF, sans coûts finaux. De plus, la stabilité est prouvée pour les contraintes de contrôle bornées, s'il existe un contrôleur ayant un horizon infini pouvant stabiliser le système sous la même contrainte. Afin de trouver l'infimum pour tous les horizons stabilisants, une simple Équation Diffrentielle Ordinaire (ÉDO) basé sur le système linéarisé est développée. Elle fournit l'ensemble des horizons stabilisants ou déstabilisants. Ce travail démontre que l'infimum des horizons stabilisants peut être estimé sans qu'il soit nécessaire de résoudre le problème non linéaire du contrôle optimal et que, sous certaines conditions, l'infimum exact peut être obtenu. Des simulations ont été effectuées pour illustrer l'application de ces méthodes à des systèmes non linéaires spécifiques. Les résultats sont ensuite généralisés pour les Systàmes Hybrides Régionaux qui n'ont généralement pas de fonctions de valeur lisses. Il est démontré que pour ces Systèmes Hybrides Régionaux et sous certaines hypothèses, il existe un horizon spécifique pour lequelle système est stable avec des horizons plus larges. Ces hypothèses incluent la convergence des gradients de deux fonctions de valeur, une avec un horizon fini et l'autre avec un horizon infini
Les violences internes suivi de le composite de récits brefs dans le cycle Manitobain de Gabrielle Roy
No full textThis thesis is composed of two sections: a fiction and a critical analysis. In Les violences internes, I adopt the short story composite genre in order to take advantage of its plasticity and to free my writing of the principals of linearity, continuity and unity. I attempted to unify five short stories through two recurrent protagonists, Dorothy and Linda.The second section, Le Composite de récits brefs dans le cycle manitobain de Gabrielle Roy, offers a study of this genre in three of Gabrielle Roy's books: Rue Deschambault, La Route d'Altamont and Ces enfants de ma vie. I analyse the structural ellipses and the narrative voice, that is, how the narrator appears as two different voices in each of these works.Ce mémoire s'articule en deux parties : un texte de création et une analyse critique. Dans Les Violences internes, j'adopte la forme du composite de récits brefs afin de profiter de sa plasticité et libérer mon écriture des principes de linéarité, de continuité et d'unité. J'ai cherché à unifier les cinq récits par le retour des mêmes protagonistes, Dorothy et Linda. La deuxième section, Le Composite de récits brefs dans le cycle manitobain de Gabrielle Roy, propose plutôt une étude de cette forme dans trois œuvres de Gabrielle Roy : Rue Deschambault, La Route d'Altamont et Ces enfants de ma vie. J'ai analysé l'utilisation de l'ellipse entre les récits et la voix narrative, ou plutôt comment la narratrice se dédouble dans chacune de ces œuvres
Density functional theory techniques for electron energy loss analysis of lithium materials
No full textElectron energy loss spectroscopy (EELS) is an electron microscopy technique ideal for analyzing lightweight elements. The technique relies on using reference spectra to fingerprint and analyze results. These references can be obtained either through experiments on standards or through simulation. Simulations provide the ability to produce spectra for previously unstudied or sensitive materials, but rely on numerous approximations. Central to the simulation of EELS are the approximations treating core holes and shielding. In this work, a new method of calculating the magnitude of core hole screening in the case of lithium materials is developed and implemented in density functional theory calculations. The method is used to verify the validity of performing electron energy loss spectroscopy at 30 keV to reduce beam damage. EELS fine structure are calculated for metallic lithium, Li2O, and LiF and marked improvements in agreement between calculation and experiment are observed. The technique uses linear response theory to relate the electron density to the core hole shielding contribution. This contribution is then implemented via a non integer core hole in final state rule density functional theory calculations. The improvements enabled by the technique open the possibility of conducting increasingly quantitative EELS analysis.La spectroscopie par perte d'énergie des électrons (EELS) est une technique de caractérisation sensible aux éléments de faible masse. L'analyse EELS requiert des spectres de références pour valider les résultats obtenus. Les simulations de spectres offrent une faon d'obtenir des références pour des nouveaux matériaux. Bien que les simulations soient utiles, ellesrequièrent des ajustements de paramètres. Un de ces paramètre est la façon de gérer un trou d'état de cœur. Une nouvelle technique pour calculée l'intensité de masquage des trous d'électrons est proposée, ce qui a pour effet d'augmenter la précision des spectres EELS des matériaux contenant du lithium. La méthode est appliquée pour vérifier la pertinence deconduire des expériences EELS à 30 keV, ce qui a pour effet de minimiser l'endommagement des échantillons induits par de le faisceau d'électron. La méthode est basée sur la théorie de la réponse linéaire, qui relie la densité des électrons aux effets de masquage. Ces effets sont par la suite représentés par un trou partiel dans les calculs par la théorie de la fonctionnellede la densité d'états d'électrons. En utilisant la technique proposée dans ce travaille, les spectres EELS calculées pour le Li2O, le LiF et le lithium métallique sont en meilleur accordance avec les résultats expérimentaux de ces matériaux. Ces résultats ouvrent la porte à des méthode quantitatives basée sur la spectroscopie EELS
Brain lesion detection and tumor segmentation in MRI using 3D fully convolutional networks
No full textThis thesis presents a generalized framework for the detection of lesions and segmentation of tumors in brain magnetic resonance imaging (MRI) using fully convolutional neural networks (FCNs). The FCN framework is chosen due to its capacity to model multi-resolution context in the image domain and yield consistent semantic segmentation results. This thesis extends the FCN framework to better suit the task of brain lesion segmentation and detection by including 3D convolutions to capture the full context of MRI volumes, a curriculum on the label weights to handle class imbalance, and a multi-scale loss to promote the modelling of context in the label domain. The proposed method is evaluated on two distinct tasks: multiple sclerosis (MS) lesion detection, and brain tumor segmentation. It is shown that this method performs at a high level for both tasks even though no fundamental changes to architecture, objective function, or optimization strategy are made. For the task of MS lesion detection, the trained model achieves a true positive rate of 0.82 at a false detection rate of 0.23 on an independent test set. The method was also submitted to the 2017 MICCAI Brain Tumor Segmentation (BraTS) Challenge, where it placed in the top five out of nearly one-hundred entrants, achieving independently evaluated dices scores of 0.860 and 0.783 for segmenting tumor and tumor core on unseen test data.Cette thèse présente une méthodologie générale pour la segmentation et la détection des lésions dans des IRMs (imagerie par résonnance magnétique) de cerveaux en utilisant des réseaux neuronaux entièrement convolutionnels (REC). Le schéma REC est choisi en raison de sa capacité à modéliser le contexte multi-résolution dans le domaine de l'image et à produire des résultats de segmentation sémantique cohérents. Cette thèse étend le schéma REC pour mieux convenir à la tâche de segmentation et de détection des lésions cérébrales en incluant des convolutions 3D pour capturer le contexte complet des volumes IRM, une décroisance programée sur les poids des étiquettes pour prendre en considération les déséquilibres de classe, et une fonction de perte multi-échelle pour promouvoir la modélisation du contexte dans le domaine de l'étiquetage. La méthode proposée est évaluée sur deux tâches distinctes : la détection des lésions de la sclérose en plaques (SEP) et la segmentation des tumeurs cérébrales. Il est démontré que cette méthode fonctionneà un niveau élevé pour les deux tâches, même si aucun changement fondamental n'est apporté à l'architecture, à la fonction objectif ou à la stratégie d'optimisation. Pour la tâche de détection de lésions SEP, le modèle proposé atteint un taux positif réel de 0,82 à un taux de détection de faux de 0,23 sur un ensemble de tests indépendants. La méthode a été soumise à la conférence MICCAI 2017 Brain Tumor Segmentation (BraTS) Challenge, où elle s'est classée parmi les cinq premiers sur prés de cent participants, obtenant des scores DICE évalués indépendamment de 0,860 et 0,783 sur les tâches de segmentation des tumeurs et du noyau tumoral sur des données de test cachées
Multivariate Poisson models based on comonotonic and counter-monotonic shocks
No full textIn this thesis, two novel bivariate Poisson models are introduced: one encompassing positive dependence and the other for negative dependence. In the case of positively correlated margins, the proposed bivariate Poisson model formulation relies on the notion of comonotonic shocks. The proposed construction yields a bivariate Poisson model for positive associations with a fully flexible dependence structure; it is parametrized in terms of the marginal means and a dependence parameter which takes on values in the unit interval. The dependence parameter regulates the strength of the association between the margins and can accommodate any possible correlation ranging from zero (independence) to an upper bound representing the strongest possible correlation between arbitrary Poisson margins. The model formulation in the case of negative dependence is analogous to that for positively correlated margins. The proposed bivariate Poisson model for negative dependence relies on the notion of counter-monotonic shocks and yields a fully flexible model for negatively correlated Poisson margins. Similar to the case of positive dependence, the strength of the dependence in the proposed counter-monotonic shock model is regulated by the dependence parameter, with correlation ranging from a lower bound, which represents the smallest possible correlation between arbitrary Poisson margins, to zero. In addition to the two bivariate models, a multivariate extension of the comonotonic shock Poisson model is defined. Although the formulation of the proposed multivariate Poisson model implies certain restrictions on the covariance structure in dimensions greater than 2, the proposed formulation is nonetheless useful for modeling positively correlated count data. For all three proposed models, several distributional properties are established and various estimation techniques are described in detail. These techniques are validated through several simulation studies. Furthermore, data illustrations are used to highlight the utility of each of the proposed multivariate Poisson models. Altogether, the proposed classes of multivariate Poisson distributions are each based on stochastic representations that are interpretable and intuitive. Moreover, in the bivariate setting the model constructions yield a fully flexible dependence structure.Dans cette thèse, deux nouveaux modèles de Poisson bivariés sont proposés : le premier induit une dépendance positive et l'autre une dépendance négative entre les variables. Dans le cas de marges corrélées positivement, la formulation du modèle de Poisson bivarié proposée repose sur la notion de choc comonotone. Cette construction conduit à un modèle de Poisson bivarié pour les associations positives avec une structure de dépendance entièrement flexible ; elle est paramétrée en termes des moyennes marginales et d'un paramètre de dépendance à valeurs dans l'intervalle unité. Le paramètre de dépendance contrôle le degré d'association entre les marges et peut prendre en compte toute corrélation possible entre zéro (indépendance) et une borne supérieure qui représente la corrélation la plus forte possible entre des marges de lois de Poisson. La formulation du modèle en cas de dépendance négative est analogue à celle où les margessont corrélées positivement. Le modèle de Poisson bivarié proposé pour la dépendance négative repose sur la notion de choc anti-monotone et s'avère totalement flexible pour les marges de Poisson corrélées négativement. Comme dans le cas de la dépendance positive, le degré de dépendance dans le modèle à choc anti-monotone est régulé par le paramètre de dépendance dont la corrélation varie entre la borne minimale et zéro, où la première de ces valeurs représente la plus petite corrélation possible entre des variables de lois de Poisson.En plus des deux modèles bivariés, une généralisation multivariée du modèle de choc comonotone de Poisson est proposée. Bien que la formulation de ce modèle de Poisson multivarié limite en partie la structure de covariance en dimension supérieure à 2, elle n'en est pas moins utile pour modéliser des données de dénombrement corrélées positivement. Pour les trois modèles proposés, plusieurs propriétés stochastiques sont établies et diverses techniques d'estimation sont décrites en détail. Ces techniques sont validées au moyen de diverses études de simulation. Des illustrations concrètes permettent en outre de mettre en évidence l'utilité de chacun des modèles de Poisson multivariés proposés. En somme, ces nouvelles classes de lois de Poisson multivariées reposent sur des représentations stochastiques interprétables et intuitives. De plus, dans le cas bivarié, la structure de dépendance des modèles est totalement flexible
Influences of free-stream turbulence and char-layer porosity on the drag on windborne firebrands
No full textA better understanding of the mechanisms that cause or affect the propagation of forest fires is essential for their effective mitigation and control. One such mechanism is spotting, in which burning leaves, branches, and other debris, termed firebrands, are transported away from the main fire by the prevailing wind and ignite new fires. Spotting has been investigated in several experimental and numerical studies. However, the influences of free-stream turbulence and char-layer porosity on the trajectories of windborne firebrands have not been accounted for in these past studies. In this work, wind tunnel experiments were conducted to quantify the effects of free-stream turbulence intensity and char-layer porosity on the drag on stationary non-burning cylinders. A wind tunnel was set up to conduct the experiments, and the flow in its test section was characterized. A combination of passive and active grids was used to generate turbulence intensities of 1.7%, 2.7%, and 12.4% (with no grid installed, the background turbulence intensity was 0.4%). The porous char-layer was mimicked by wrapping wire meshes around the cylinders, with three values of pores per inch (10, 20, and 40) and wrapped to three different thicknesses (1/16", 1/8", and 1/4"). The drag on one smooth cylinder and nine cylinders with porous outer layers (1" diameter, 11.75" length exposed to air flow) was measured for Reynolds number in the range 7000 to 17000, at the aforementioned four turbulence intensities. The results showed that i) the free-stream turbulence intensity and pores per inch of the wire meshes affect the way in which the drag coefficient changes with Reynolds number; ii) the drag coefficient increases with free-stream turbulence intensity when it is relatively low (0.4%-2.7%), then decreases at high turbulence intensity (12.4%), and this decrease is more pronounced as the number of pores per inch is increased; iii) the drag coefficient increases with the thickness of the porous layer, and asymptotes to an effectively constant value after a critical thickness of about 1/8"; and iv) the drag coefficient exhibits a non-monotonic dependence on the number of pores per inch of the wire mesh. These results demonstrate the importance of accounting for the free-stream turbulence intensity and the char-layer (porosity and depth) when modelling the drag on windborne firebrands. It is hoped that this work will eventually lead to a better understanding of the spread of forest fires by spotting, allow more accurate predictions of it, and thus enable better forest-fire prevention and suppression strategies.Une meilleure compréhension des mécanismes qui affectent la propagation des feux de forêts est essentielle pour pouvoir les maîtriser. Un de ces mécanismes comprend le transport d'éléments végétaux (branches, feuilles, écorce) enflammés, appelés brandons, par le vent à des distances de centaines de mètres pour entamer des nouveaux feux. Ce mécanisme est connu sous le nom phénomène des sautes. Il existe de nombreuses études expérimentales et numériques sur les trajectoires de brandons enflammés dans l'atmosphère. Cependant, les effets de la turbulence dans l'atmosphère, et de la porosité de la couche de résidu charbonneux formée sur les brandons, n'ont pas été pris en compte. Le but de ce projet est de quantifier, à l'aide d'expériences dans une soufflerie, les effets de la turbulence et de la porosité de la couche de résidu charbonneux sur la trainée sur des cylindres stationnaires non-brûlants. Une soufflerie a été installé, et son écoulement a été caractérisé. Des intensités de turbulence de 1.7%, 2.7%, et 12.4% ont été créées à l'aide de grilles passives et actives installées dans le tunnel (l'intensité de la turbulence sans aucune grille installée était de 0.4%). Pour simuler la porosité de la couche de résidu charbonneux, les cylindres ont été enveloppés de grillages métalliques. Une combinaison de trois différentes valeurs de pores par pouces (10, 20, et 40) et trois épaisseurs de la couche poreuse (1/16", 1/8", et 1/4") ont été utilisées. La trainée sur un cylindre lisse et neuf cylindres avec couches poreuses (avec des diamètres de 1", et des longueurs exposées à l'air de 11.75") a été mesurée pour des nombres de Reynolds entre 7000 et 17000, aux quatre intensités de turbulence mentionnés ci-haut. Les résultats démontrent que i) l'intensité de la turbulence et le nombre de pores par pouce des grillages métalliques affectent la relation entre le coefficient de trainée et le nombre de Reynolds; ii) le coefficient de trainée augmente quand l'intensité de la turbulence est augmentée, quand celle-ci est basse (0.4%-2.7%), et ensuite baisse à haute intensité de turbulence (12.4%), et cette baisse est une fonction du nombre de pores par pouce; iii) le coefficient de trainée augmente avec l'épaisseur de la couche poreuse, et cesse d'augmenter après une épaisseur d'environ 1/8"; et iv) le coefficient de trainée a une relation non-monotone avec le nombre de pores par pouce des grillages métalliques. Ces résultats démontrent l'importance de prendre en compte les effets de l'intensité de la turbulence et de la couche de résidu charbonneux (porosité et épaisseur) dans la modélisation de la trainée sur les brandons. Il est à espérer que ce travail mènera éventuellement à une meilleure compréhension de la propagation de feux de forêts par le phénomène de saute, ainsi qu'à des prédictions plus précises de ce phénomène, pour pouvoir améliorer la prévention et la suppression de feux de forêts
Prevent, detect, respond: an ethnography of global health security
No full textBeginning in the early 1990s, a new manner of articulating the threat posed by epidemics of infectious diseases took shape. 'Global health security' (GHS) emerged as a novel epistemic space as a response to the perceived threats posed by circulations and appearances of 'global' diseases. Marked throughout the 2000s by major events both political and pathogenic, GHS has undergone profound changes; from primarily a policy-legal framework to a forum for reconfiguring global health 'action'. This research examines how the problems that emerged in the 1990s are changing since the 2014 West African Ebola crisis and the announcement of new global health security projects and initiatives. How might these transformations constitute a new manner of thinking about, and acting on, epidemics as a 'global' problem? Contrasting genealogical-archival research with a series of field-based episodes, this dissertation explores how public health experts and technicians worked to define new problems and design the interventions aimed at addressing them. It juxtaposes a historical account of the emergence and transformation of GHS across the 2000s and 2010s against field-based ethnography of GHS during 2016 and 2017. Based on over a year working with a global health non-profit, the text's episodes attend to day-to-day work that translated diffuse concepts of 'threat' and 'risk' into discrete technical practices and projects to mitigate and minimize those threats. Working with experts through the early stages of project development, attention is paid to the relational processes that went into making global health security a workable concept. Together, the episodes illustrate the routines and technical artistry that made GHS into a space not only to reimagine a 'safer' or 'healthier' world, but to build the means to realize it.The text also examines how communities of experts reworked their projects and programs during great destabilizations and disruptions, including both the 2016 US Presidential election as well as an Ebola outbreak in the Democratic Republic of Congo. It explores how global health organizations and experts attempted to better 'prevent, detect, and respond' to public health emergencies after Ebola in 2014. Unpacking various understandings of the 'global' in GHS, it examines how experts worked to build novel 'global assemblages' and reposition 'reciprocal obligations between nations'. The research looks at novel techniques and technologies designed to ensure a 'global' community of healthy nations—ones able to live up to their responsibilities to care for and protect their vulnerable populations.In 2014, Ebola set the stage for dramatic changes to global health as new actors and organizations came to understand a pressing need for change. 'GHS' emerged as a response to these calls for reform and improvement, an urgent effort to improve vulnerable health systems in developing countries. This research explores how GHS and some of its technicians became entangled with these emerging and evolving mix of policies, practices, and possibilities for global health practice.Depuis le début des années 1990 est apparue une nouvelle façon d'envisager la menace que représente les maladies infectieuses. Le nouvel espace épistémique de la « sécurité sanitaire mondiale » (SSM) a pris forme en réponse aux menaces que semblent constituer la circulation et l'apparition de maladies « globales ». Pendant toutes les années 2000, la SSM a été marquée par des événements majeurs à la fois politiques et pathogènes qui l'ont bouleversée profondément. D'abord un cadre principalement politique-juridique, la SSM est devenue une scène où se voit réaménager « l'action sanitaire mondiale ». Ce projet de recherche doctoral examine comment les problèmes qui ont émergés dans les années 90 ont été transformés depuis l'épidémie d'Ebola de 2014 en Afrique de l'Ouest et l'annonce de nouveaux projets et initiatives de sécurité sanitaire mondiale dans la foulée. Comment ces transformations pourraient-elles constituer une nouvelle manière de penser et répondre aux épidémies en tant que problème « mondial» ? Juxtaposant du travail d'archives afin de tracer des généalogies et une série de d'épisodes issus d'un travail de terrain, cette thèse explore comment les experts et techniciens de santé publique ont travaillé pour définir de nouveaux problèmes et concevoir les interventions destinées à les résoudre. Cette thèse présente à la fois un compte rendu historique de l'émergence et la transformation de la SSM au cours des années 2000 à 2010 ainsi qu'un récit ethnographique de la SSM au cours de 2016 et 2017. Fondés sur plus d'un an de travail avec un association de santé mondiale à but non lucratif, les épisodes de cette thèse témoignent du travail quotidien nécessaire pour transposer les concepts vagues de « menace » et « risque » en de spécifiques pratiques techniques et projets visant à atténuer ces menaces. Ayant travaillé aux côtés d'experts depuis les premières étapes de développement du projet, nous attirons l'attention sur les processus relationnels qui ont contribué à faire de la sécurité sanitaire mondiale un concept viable et réalisable. Ensemble, les épisodes illustrent les routines et le savoir-faire technique qui ont servi à établir la SSM comme un espace non seulement pour réimaginer un monde plus « sûr » ou plus « sain », mais aussi pour se donner les moyens de le mettre en place. Cette thèse analyse également la manière dont les communautés d'experts ont retravaillé leurs projets et programmes au cours de grandes perturbations et déstabilisations, notamment l'élection présidentielle américaine de 2016 et l'épidémie d'Ebola en République Démocratique du Congo. Nous explorons comment les organisations et experts en santé mondiale ont tenté de mieux prévenir, détecter et répondre aux urgences de santé publique après l'épidémie d'Ebola de 2014. En décrivant différentes compréhensions du « mondial » dans la SSM, nous examinons comment les experts ont travaillé pour construire de nouveaux « agencements mondiaux » et pour repositionner les « obligations réciproques entre les nations ». Nous interrogeons les nouvelles techniques et les technologies conçues pour engendrer et soutenir une « communauté mondiale de pays sains », capables de prendre soin et protéger leurs populations vulnérables.En 2014, le virus Ebola a préparé le terrain pour des changements radicaux dans la santé mondiale alors que des nouveaux acteurs et des nouvelles organisations réalisaient aussi le besoin urgent de changement. La « SSM » est apparue comme une réponse à ces appels à la réforme et à l'amélioration, un effort urgent pour améliorer les systèmes de santé vulnérables dans les pays en développement. Cette thèse explore la façon dont la SSM et certains de ses techniciens se sont retrouvés impliqués dans ce mélange à la fois naissant et changeant de politiques publiques, de pratiques, et de possibilités pour la mise en place de la santé mondiale
On the somatosensory and reinforcement bases of human motor learning
No full textHumans have a remarkable capability to adapt and learn new things, including new motor skills. For example, one can learn to play a short sequence of musical notes by navigating one's fingers on a piano or a guitar. Often, motor skill learning involves a goal-directed pointing or reaching to a clearly-defined visual target, such as making a purchase using a touch screen. In cases such as swimming or skiing, however, visual information is often limited or occluded. In order to successfully learn the task, one has to rely primarily on somatosensory information to form sensory goals or targets, or in effect to discover what it feels like to make a successful movement. In search for actions that are successful, one learns through trial and error and exploration, which leads to either unsuccessful or successful movements. Naturally, an efficient way of learning is to avoid committing the same mistakes, and instead, try to perform repeatedly successful actions. Assuming that moment-to-moment sensory information is important, the best possible candidate for such a mechanism would be a working memory store. This thesis examines the role of reinforcement and somatosensory information in the initial phases of motor learning using arm-reaching tasks as a model. The tasks involve making reaching movements to a hidden visual target. Binary positive feedback is provided throughout training as a form of reinforcement. Such learning brings about changes in functional networks in specific brain regions. More specifically, increases in functional connectivity related to reduction of movement error were found in sensorimotor areas of the brain, including supplementary motor area and second somatosensory cortex. In contrast, connectivity increases related to the number of successful trials (and thus, reinforcement) were observed in the ventral striatum and ventromedial prefrontal cortex. Thus, learning involves both sensorimotor and reward-related areas of the brain. Trial-by-trial changes in motor behavior (and hence variability) were also examined in this study, where it was found that variability was less following a successful trial than an unsuccessful trial, presumably reflecting a sign of exploration. Changes in connectivity involving putamen and sensorimotor cortices were observed that varied systematically with the magnitude of trial-by-trial variability. Changes in connectivity that were related to motor exploration following unsuccessful trial were also found in second somatosensory cortex and lateral prefrontal cortex, regions known to be involved in somatic working memory and decision-making. The role of somatic working memory in motor learning was assessed in a second study. In two separate experiments, it was found that individual differences in somatosensory working memory performance were reliably related to the amount of learning. Performance of somatosensory working memory was shown to decay as a function of the number of sequential items in the memory list, where the overall capacity was estimated to be around 2 items. Another experiment measures working memory by using subject's own movements. During learning period, working memory preferentially stores reinforced movements more than non-reinforced ones. The findings point to the critical roles of somatosensory working memory in reinforcement-based in motor learning.Les humains ont une capacité remarquable à s'adapter et à apprendre de nouvelles choses, y compris de nouvelles compétences motrices. Par exemple, on peut apprendre à jouer une courte séquence de notes de musique en bougeant ses doigts sur un piano ou une guitare. Souvent, l'apprentissage d'habiletés motrices implique un pointage ciblé vers un objectif ou une cible visuelle clairement définie, comme effectuer une sélection sur un écran tactile. Dans des cas tels que la natation ou le ski, les informations visuelles ne sont souvent pas disponibles ou occultées. Pour réussir à apprendre la tâche, il faut utiliser les informations somatosensorielles pour former des objectifs ou des cibles sensorielles, ou pour découvrir ce que cela signifie de réussir un mouvement. À la recherche d'actions réussies, on traverse une série d'essais et erreurs ainsi que d'exploration. Ces processus entraînent des mouvements à la fois infructueux et réussis. Naturellement, un moyen efficace d'apprendre est d'éviter de répéter les mêmes erreurs et, au contraire, de ne mener à bien que des actions réussies. En supposant qu'un stockage sensoriel instantané soit impliqué, le meilleur candidat possible pour un tel mécanisme est la mémoire de travail. Cette thèse examine le rôle du renforcement et de l'information somatosensorielle dans les phases initiales de l'apprentissage moteur en utilisant des tâches de mouvement d'atteinte avec le bras. Les tâches impliquent de faire des mouvements vers une cible visuelle cachée. Une renforcement positif binaire a été fournie tout au long de l'entraînement. Il a été constaté que le renforcement positif et les informations somatosensorielles étaient importants pour mener l'apprentissage en l'absence d'une cible visuelle claire. Un tel apprentissage entraîne des changements dans les réseaux fonctionnels de régions spécifiques du cerveau. On a constaté que les augmentations de la connectivité fonctionnelle varient en fonction du nombre d'essais réussis. Un schéma similaire a également été observé avec une augmentation de la connectivité impliquant le striatum ventral et le cortex préfrontal ventromédian. Les modifications du comportement moteur effectuées au cours des essais ont également été examinées en fonction des résultats des essais antérieurs, où, comparativement à un essai infructueux, un essai réussi a entraîné une plus faible variabilité des mouvements successifs. Les changements de connectivité variant avec la quantité de variabilité ont été identifiées comme comprenant le putamen et le cortex sensorimoteur. Aussi, les changements de connectivité variant avec la quantité d'exploration après un essai infructueux ont été identifiées comme comprenant le second cortex somatosensoriel et le cortex préfrontal latéral, régions connues pour être impliquées dans la mémoire de travail somatique et les tâches décisionnelles.Le rôle de la mémoire de travail somatique dans l'apprentissage moteur a été démontré dans une deuxième étude. Dans deux expériences distinctes, il a été constaté que les différences individuelles dans la performance de la mémoire de travail somatosensorielle étaient liées de manière fiable à l'ampleur de l'apprentissage. Pendant l'apprentissage, cette mémoire de travail se souvient préférentiellement des mouvements renforcés par rapport aux mouvements non renforcés. Ces résultats mettent en évidence le rôle critique de la mémoire de travail somatosensorielle dans l'apprentissage par le renforcement du moteur
Next generation sequencing in medicine
No full textIn recent decades, there has been immense progress in DNA sequencing technologies. One domain where these techniques are undoubtedly transformative is medicine. Understanding the underlying genomic and genetic factors in diseases is important in diagnosis, treatment, and identification of at-risk family members. In this regard, cancer genome analysis provides a better understanding of the underlying tumorigenic mechanisms and gives hope of finding genetic events that contribute to metastasis, recurrence, and therapeutic resistance, which are the most common causes of cancer fatality. In the first part of this thesis, we focus on uncovering the genetic predisposition factors in familial pancreatic cancer. By applying whole exome sequencing (WES) to 109 familial pancreatic cases and performing a filter-based candidate gene approach focused on DNA repair genes, we propose FAN1, NEK1 and RHNO1 as the strongest candidates. In the second part, we investigate the mechanisms underlying resistance to chemotherapy in Triple-negative breast cancer (TNBC). WES- and RNA-seq analysis on serial tumor biopsies during chemotherapy suggests that there are two major factors associated with chemotherapy: RAD21 gene amplification and presence of immune response. The results of this study suggest that RAD21 may be both a marker and a target to overcome drug resistance in TNBCs, and combination of chemotherapy and immunotherapy (anti-PD-1/PD-L1 monoclonal antibody therapies) would improve outcomes of TNBC patients, especially PD-L1-positive patients with low tumor-infiltrating lymphocytes (TILs) in tumors.Furthermore, motivated by accurately identifying pathogenic variants from WES data, I developed an improved ensemble machine learning method, ClinPred, to predict in silico and select pathogenic variants in large-scale sequencing studies. Through rigorous testing, while avoiding problems common in machine learning, such as overfitting and circularity, I showed that ClinPred outperforms all currently available prediction methods, achieving the highest Area Under the Curve (AUC) score and increasing both the specificity and sensitivity in different test datasets. It also obtained the best performance according to various other metrics. Together, our work demonstrates the value of next generation sequencing techniques as powerful tools for understanding the mechanisms of various diseases and their subsequent implications for the clinical arena.Au cours des dernières décennies, d'immenses progrès ont été réalisés dans les technologies de séquençage de l'ADN. Un domaine où ces techniques sont sans aucun doute transformatrices est la médecine. Comprendre les facteurs génomiques et génétiques sous-jacents des maladies est important dans le diagnostic, le traitement et l'identification des membres de la famille du patient à risque. À cet égard, l'analyse de la génomique du cancer permet une meilleure compréhension des mécanismes tumorigéniques sous-jacents et nous donne espoir de trouver les événements génétiques qui mènent aux métastases, à la réapparition du cancer et à la résistance aux traitements thérapeutiques, qui sont les causes les plus fréquentes de décès par le cancer. Dans la première partie de cette thèse, nous nous concentrons sur la découverte des facteurs de prédisposition génétique au niveau du cancer du pancréas familial. En appliquant le séquençage de l'exome entier (WES) à 109 cas pancréatiques familiaux et en utilisant une approche, qui filtre les résultats du séquençage, basée sur des gènes candidats de la réparation de l'ADN, nous proposons FAN1, NEK1 et RHNO1 comme étant les candidats les plus forts. Dans la deuxième partie, nous étudions les mécanismes sous-jacents à la résistance à la chimiothérapie du cancer du sein triple négatif. L'analyse du séquençage de l'exome entier et séquençage haut débit d'ARN des biopsies sur la tumeur lors de plusieurs étapes de la chimiothérapie, suggère qu'il y a deux facteurs majeurs associés à la chimiothérapie : l'amplification du gène RAD21 et la présence d'une réponse immunitaire. Les résultats de cette étude suggèrent que RAD21 pourrait être à la fois un indicateur et une cible pour vaincre la pharmacorésistance du cancer du sein triple négatif, et qu'une combinaison de chimiothérapie et d'immunothérapie (anti-PD-1 / PD-L1) améliorerait les résultats des patients atteints du cancer du sein triple négatif, en particulier les patients atteints de tumeurs PD-L1-positifs / faibles enTILs.De plus, motivée par l'identification précise des variantes pathogènes obtenus à partir des données du séquençage de l'exome entier, j'ai développé une méthode d'apprentissage automatique d'ensemble améliorée, ClinPred, pour prédire in silico et sélectionner des variantes pathogènes dans des études de séquençage à grande échelle. Grâce à des tests rigoureux dans lesquels sont évités les problèmes communs en apprentissage automatique, comme le surapprentissage ou la circularité, j'ai démontré que ClinPred surpasse toutes les méthodes de prédiction actuellement disponibles, en obtenant le score le plus élevé pour la superficie sous la courbe et en ayant plus de spécificité et sensibilité lors de différentes analyses. ClinPred a obtenu les meilleures performances en fonction de divers autres indicateurs.Ensemble, nos travaux démontrent la valeur des techniques de séquençage de nouvelle génération en tant qu'outils puissants pour comprendre les mécanismes de diverses maladies et leurs implications subséquentes pour l'arène clinique