Laboratoire de Physique Théorique
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Etude mathématique et numérique d'un système de Gross-Clark-Schrödinger
Get PDFCette thèse porte sur l'étude d'un système de Gross-Clark-Schrödinger qui modélise le mouvement d'une impureté dans un condensat de Bose. Nous avons d'abord montré que le problème de Cauchy pour ce système est globalement bien posé dans l'espace d'énergie associé. L'approche utilisée est assez classique et est basée sur des estimations de type Strichartz ainsi que sur l'utilisation d'un théorème de point fixe. Dans un second temps nous nous sommes intéressés aux ondes progressives de ce système. Ces solutions spéciales ont été étudiées dès 1974 par des physiciens à l'aide des développements asymptotiques formels et de quelques simulations numériques. En dimension un d'espace l'existence de ces solutions et quelques propriétés ont été établies rigoureusement en 2006. Malgré plusieurs tentatives, il n'existe dans la littérature aucune preuve rigoureuse de l'existence des ondes progressives en dimension supérieure ou égale à deux. Nous avons utilisé plusieurs approches pour montrer l'existence, basées sur des idées et des outils récemment développés en Calcul des Variations. Une d'elles consiste à minimiser l'énergie associée au système sous deux contraintes, à masse constante et à moment constant. Nous avons montré que les ondes progressives minimisantes existent pour tout couple (moment, masse) qui vérifie une condition de stricte sous-additivité de l'énergie minimale comme fonction de deux variables. En parallèle, nous avons effectué des simulations numériques qui ont bien mis en évidence les ondes progressives dans les cas qui correspondent aux applications physiques, nous avons obtenu leurs profils et nous avons calculé leurs niveaux d'énergie. Nous avons étudié également d'autres types de solutions spéciales, notamment les états fondamentaux de moment nul et les solutions de type bulle-vortex.This thesis deals with the study of a Gross-Clark-Schrödinger system which models the motion of an impurity in a Bose condensate. We have first shown that the Cauchy problem for this system is globally well posed in the associated energy space. The approach used is quite classical and is based on Strichartz type estimates and on a fixed point theorem. In a second step, we are interested in the travelling waves of this system. These special solutions have been studied since 1974 by physicists using formal asymptotic developments and some numerical simulations. In one dimension space the existence of these solutions and some properties have been rigorously established in 2006. Despite several attempts, there is no rigorous proof in the literature of the existence of travelling waves in dimension greater than or equal to two. We have used several approaches to show the existence, based on ideas and tools recently developed in Calculus of Variations. One of them consists in minimizing the energy associated to the system under two constraints, at constant mass and constant momentum. We have shown that minimizing travelling waves exist for any pair (moment, mass) that verifies a strict subadditivity condition of the minimal energy as a function of two variables. In parallel, we have performed numerical simulations that have well highlighted the travelling waves in the cases that correspond to the physical applications, we have obtained their profiles and we have calculated their energy levels. We have also studied other types of special solutions, including zero-momentum ground states and bubble-vortex solutions
Effet du neuropeptide sNPF sur le comportement de l'abeille domestique (Apis mellifera)
Get PDFChez les vertébrés, le neuropeptide Y (NPY) joue un rôle crucial dans la survie individuelle en modulant à la fois les comportements liés à la nourriture et au stress. Des niveaux élevés de NPY corrèlent avec une augmentation de la faim provoquant une ingestion plus importante et réduisent la sensibilité aux stimuli stressants. Chez les invertébrés, deux homologues indépendants de NPY ont été identifiés : le neuropeptide F (NPF) et le neuropeptide F court (sNPF). Chez l'abeille domestique (Apis mellifera), npf et snpf ainsi que leur peptides respectifs NPF et sNPF ont été identifiés or seul sNPF possède un récepteur, suggérant un rôle fonctionnel de ce neuropeptide chez cet insecte. Nous avons étudié l'impact de sNPF sur une multitude de comportements comprenant l'ingestion de nourriture de bonne et mauvaise qualité, les réponses appétitives et aversives, les apprentissages et la mémoire appétitifs et aversifs. Nos résultats révèlent qu'une élévation artificielle des niveaux de sNPF via une application topique chez les butineuses augmente la prise alimentaire de nourriture bonne et mauvaise qualité. De plus, en utilisant une variété de tests pour étudier les réponses sensorielles, nous avons montré que sNPF a un rôle clé dans la modulation des réponses appétitives, mais cet effet est absent pour les réponses aversives. Les abeilles nourries et traitées avec du sNPF augmentent leur réponse au saccharose et aux stimuli olfactifs appétitifs, de façon similaire aux abeilles affamées. En adéquation avec les derniers résultats, des enregistrements in vivo multi photoniques de l'activité neuronale du lobe antennaire, le premier centre olfactif dans le cerveau de l'abeille, montrent une baisse des réponses aux odeurs appétitives chez les abeilles nourries qui est rétablie par le traitement avec le sNPF au même niveau que les abeilles affamées. Par ailleurs, l'effet modulatoire du sNPF était totalement absent sur les réponses aversives contrairement à ce qui a été observé chez la drosophile et les vertébrés, indiquant que chez les abeilles, sNPF n'augmente pas la tolérance aux stimuli stressants. Etant donné l'amplification causée par le traitement sNPF sur la réponse au saccharose, nous avons étudié si cet effet se retrouvait dans des protocoles d'apprentissage pour lesquels les abeilles étaient entraînées à discriminer un stimulus récompensé par du saccharose d'un autre qui ne l'est pas. Nous avons étudié l'effet du sNPF sur les apprentissages et mémoires appétitifs visuels et olfactifs. Dans le premier cas, des abeilles en semi libre vol ont été entraînées à discriminer deux couleurs dans un labyrinthe en Y après une application topique de sNPF. Dans le second cas, des abeilles en contention ont été entraînées à discriminer deux odeurs après une application topique de sNPF via le conditionnement du réflexe d'extension du proboscis. En parallèle, nous avons étudié les effets du sNPF sur l'apprentissage aversif gustatif pour lequel les abeilles en contention apprennent l'association entre une stimulation gustative de l'antenne avec un choc électrique après une application topique de sNPF. Nos résultats montrent une nette amélioration de l'apprentissage et mémoire appétitifs visuels et des tendances allant dans le même sens dans le cas de l'apprentissage appétitif olfactifs. A l'inverse, aucun effet n'a été observé quant à l'apprentissage et la mémoire aversifs gustatifs, ce qui est cohérent avec l'absence d'effet de sNPF sur les réponses sensorielles aversives.
Ce travail de thèse a montré que le sNPF affecte plusieurs modalités de comportements (ingestion, gustation, olfaction, vision, apprentissage, mémoire) et les processus neuronaux (lobe antennaire) liés aux comportements appétitifs, mais non aversifs, chez l'abeille. Par conséquent, ce travail fournit de nouvelles perspectives pour étudier les processus d'ingestion et le comportement alimentaire des abeilles.Neuropeptide Y (NPY) signalling plays a crucial role for individual survival in vertebrates as it mediates both food- and stress-related behaviours. High NPY level correlates with increased hunger and leads to a larger food intake while it also reduces sensitivity to stressful stimuli. In invertebrates, two independent homologs of NPY have been identified: the neuropeptide F (NPF) and the short neuropeptide F (sNPF). In honey bees (Apis mellifera), both NPF and sNPF have been reported but only sNPF was found to have a dedicated receptor sNPFR, thus indicating that sNPF/sNPFR provides a functional signalling pathway in this insect. We thus studied the impact of sNPF on multiple behavioural components, including food-related behaviours such as ingestion of palatable and unpalatable food, appetitive and aversive responsiveness, and appetitive and aversive associative learning and memory retention. Our results show that increasing artificially sNPF levels in honey bee foragers via topical exposure, increases significantly their consumption of both palatable and unpalatable food. In addition, using various responsiveness tests, we showed that sNPF is a key player in the modulation of appetitive but not aversive responsiveness. Fed foragers treated with sNPF exhibited a significant increase in their responsiveness to sucrose solutions and to appetitive olfactory stimuli, matching the levels of starved bees. In agreement with this last finding, in vivo multiphoton recordings of neural activity in the antennal lobe, the primary olfactory centre of the bee brain, showed a decreased responsiveness to appetitive odours in fed bees, which was rescued by treatment with sNPF to the level exhibited by starved bees. Interestingly, the modulatory effect of sNPF was totally absent in responsiveness to aversive stimuli contrarily to what has been observed in vertebrates and flies, thus indicating that in bees, sNPF dos not increase tolerance to stressors. Given the enhancing effect of sNPF on appetitive responsiveness, we next studied if this effect translates to different appetitive learning protocols in which bees are trained to discriminate a stimulus that is rewarded with a sucrose solution from another that is not. We studied the effect of sNPF on both appetitive visual and olfactory learning and memory retention. In the first case, free-flying bees were trained to discriminate two colors in a Y-maze following topical increase of sNPF. In the second case, harnessed bees were trained to discriminate two odorants following topical application of sNPF, using the conditioning of the proboscis extension reflex. In parallel, we studied the effect of sNPF for aversive gustatory learning in which harnessed bees learning the association of antennal taste with electric shock, following topical application of sNPF. Our results revealed a clear improvement of appetitive color learning and retention and a mitigated tendency in the same direction in the case of appetitive olfactory learning. On the contrary, no effect was observed in the case of the aversive gustatory learning and retention, consistently with the lack of effect of sNPF on aversive responsiveness. To sum up, this work showed that sNPF affects multiple appetitive behavioural modules (ingestion, gustation, olfaction, vision, learning, memory) and central processing (antennal lobe activity) in the honey bee while being dispensable for aversive ones. It provides therefore a rich and multifaceted view of the effects of this neuropeptide on the behaviour of a social insect and opens new research perspective to study ingestion processes and appetitive behaviour in bees
Traitement des configurations spatiales dans le cortex visuel chez le primate non-humain
Get PDFLe traitement des configurations spatiales est un mécanisme qui intervient en permanence au sein du cortex visuel. Dans ce monde emplit de régularités qui est le nôtre, il tient une place prépondérante dans l'analyse des objets de notre environnement en nous permettant d'établir des relations spatiales entre des ensembles d'éléments pour aboutir à une perception globale. Si certaines caractéristiques de ces mécanismes ont été étudiés chez les primate humain et non-humain, les observations issues de ces études ont été majoritairement portées par des approches différentes dont les méthodes non-invasives en neuroimagerie sont privilégiées chez l'humain et les méthodes plus invasives tel que l'électrophysiologie sont favorisées chez le singe. Bien qu'elles soient un support critique dans la compréhension des mécanismes neuronaux, les connaissances issues d'enregistrements unitaires chez le singe ne peuvent être transposées à l'humain qu'une fois l'identification d'homologies et de différences fonctionnelles établie à partir des mêmes approches expérimentales. Pour ce faire, nous proposons dans cette thèse de répondre aux besoins d'études comparatives entre les deux espèces dans le cadre du traitement visuel des configurations spatiales portant sur le traitement de la symétrie et le traitement configural des visages par une approche en IRMf. Une première étude menée en collaboration avec des chercheurs de l'Université de Stanford nous a permis d'étudier les réponses à des stimuli texturaux englobant des motifs de symétrie chez le macaque. Nous avons pu mettre en évidence (1) un réseau cortical de traitement de la symétrie par rotation similaire entre les primates humains et non-humains, (2) des réponses augmentant de manière paramétrique avec l'ordre de symétrie présenté (n rotations) (3) un réseau similaire de traitement de la symétrie par rotation et par réflexion chez le macaque (4) des réponses plus fortes pour des motifs symétriques à deux axes (horizontale et verticale) plutôt qu'un seul axe (horizontal). Nous avons ainsi observé que les réponses à la symétrie chez le macaque débutaient au-delà de V1, dans un réseau comprenant les aires V2, V3, V3A, V4 semblablement à l'humain mais également des réponses paramétriques à l'ordre de symétrie par rotation dans les aires V3, V4 et PITd tout comme reporté chez les sujets humains. En somme, l'ensemble de ces résultats ont mis en évidence le réseau cortical du traitement de la symétrie jusqu'alors jamais observé chez le macaque, supporté par des aires visuelles homologues à celles de l'humain. Ces résultats ouvrent de nouvelles pistes quant à la compréhension des mécanismes neuronaux unitaires par des approches plus invasives chez le singe, tout particulièrement dans l'aire V3 qui semble jouer un rôle important dans le traitement sophistiqué des paramètres de configurations spatiales. La secondé étude de ce projet de thèse visait à étudier les mécanismes de reconnaissance de l'identité faciale chez le singe à travers l'orientation configurale des visages porté par l'objectif de réaliser une comparaison inter-espèces du traitement holistique des visages. S'il est largement admis que l'humain est un expert de l'identification des visages dont les mécanismes dépendent de l'orientation dans laquelle ils sont présentés, les résultats sont bien plus contradictoires chez le singe. Pour résoudre ces contradictions, nous avons mis en place un protocole innovant visant à mesurer l'effet d'inversion chez les deux espèces qui ne nécessitait ni entrainement ni tâche comportementale. Cette étude menée en collaboration avec B. Rossion demeure en cours d'acquisition. Néanmoins, les données pourraient fournir des preuves de mécanismes fonctionnels distincts entre celles-ci, appelant à une potentielle réévaluation de l'utilisation du macaque dans l'étude et la compréhension des processus de reconnaissance de l'identité faciale chez l'humain.The processing of spatial configurations is a mechanism that constantly intervenes within the visual cortex. In this world full of regularities that are ours, it holds a prominent place in the analysis of objects in our environment, allowing us to establish spatial relationships between sets of elements to reach a global perception. While characteristics of these mechanisms have been studied in human and non-human primates, the resulting observations depend on different methodologies. In human studies, non-invasive neuroimaging methods are privileged, while more invasive technics (i.e electrophysiology) are favored in monkeys. Despite being critical in understanding neuronal mechanisms, outcomes from unit recordings in monkeys can only be transposed to humans once the identification of functional homologies and differences are established from the same experimental approaches. Tn this thesis, we propose to meet the needs of comparative studies between the two species within the visual treatment of spatial configurations framework relating to the processing of symmetry and the configural processing of faces by an fMRI approach. A first study conducted in collaboration with researchers at Stanford University allows us to investigate the responses to textural stimuli encompassing patterns of symmetry in the macaque brain. The study demonstrates (1) a similar cortical rotational symmetry processing network between human and non-human primates (2) responses increasing parametrically with the order of symmetry presented (n rotations) (3) a similar network for processing of rotational and reflection symmetry in the macaque (4) stronger responses for symmetrical patterns with two axes (horizontal and vertical) rather than a single axis (horizontal). We also observe that the responses to symmetry in the macaque begin beyond V1, in a network comprising the areas V2, V3, V3A, V4 similar to humans but also parametric responses to the order of rotation in symmetry in areas V3, V4, and PITd as reported in human subjects. Overall, all of these results highlight the cortical network of symmetry processing never observed in macaques so far, supported by visual areas homologous to those of humans. These results open up new possibilities for the understanding of unitary neuronal mechanisms by more invasive approaches in monkeys, especially in the V3 area which seems to play an important role in the sophisticated processing of spatial configuration parameters. The second study of this thesis project aims to investigate the mechanisms of facial identity recognition in monkeys through the configural orientation of faces, and carry out an interspecies comparison of holistic facial processing. It is widely accepted that humans are experts at identifying faces whose mechanisms depend on the orientation in which they are presented. However, results are much more contradictory in the monkey. To resolve these contradictions, we implement an innovative protocol to measure the face inversion effect in the two species that require no training or behavioral tasks. This study, conducted in collaboration with B. Rossion, is still in progress. Nonetheless, the futur data could provide evidence of distinct functional mechanisms between human and non-human species, calling for a potential reassessment of the use of the macaque in the study and understanding of facial identity recognition processes in humans
Apprentissage profond faiblement supervisé et semi-supervisé pour la détection d'évènements sonores
Get PDFLa quantité de données produite par les médias tel que Youtube est une mine d'or d'information pour les algorithmes d'apprentissage machine. Une mine d'or inatteignable tant que ces informations n'ont pas été raffinées. Pour les algorithmes dits supervisés, il est nécessaire d'associer à chaque information disponible une étiquette permettant de l'identifier et de l'utiliser. C'est un travail fastidieux, lent et coûteux, réalisé par des annotateurs humains de manière bénévole ou professionnellement. Cependant, la quantité d'information générée chaque jour excède largement nos capacités d'annotation humaine. Il est alors nécessaire de se tourner vers des méthodes d'apprentissage capables d'utiliser l'information dans sa forme brute ou légèrement travaillée. Cette problématique est au coeur de ma thèse, où il s'agit, dans une première partie, d'exploiter des annotations humaines dites " faibles ", puis d'exploiter des données partiellement annotées dans une seconde partie. La détection automatique d'évènements sonores polyphoniques est une problématique difficile à résoudre. Les évènements sonores se superposent, se répètent et varient dans le domaine fréquentiel même au sein d'une même catégorie. Toutes ces difficultés rendent la tâche d'annotation encore plus difficile, non seulement pour un annotateur humain, mais aussi pour des systèmes entraînés à la classification. La classification audio de manière semi-supervisée, c'est-à-dire lorsqu'une partie conséquente du jeu de données n'a pas été annotée, est l'une des solutions proposées à la problématique de l'immense quantité de données générée chaque jour. Les méthodes d'apprentissage profond semi-supervisées sont nombreuses et utilisent différents mécanismes permettant d'extraire implicitement des informations des données non-annotées, les rendant ainsi utiles et directement utilisables. L'objectif de cette thèse est dans un premier temps, d'étudier et proposer des approches faiblement supervisées pour la tâche de détection d'évènements sonores, mises en oeuvre lors de notre participation à la tâche quatre du défi international DCASE. Il s'agit ici d'enregistrements audio faiblement supervisés réalistes, de type bruits domestique. Afin de résoudre cette tâche, nous avons proposé deux solutions fondées sur les réseaux de neurones convolutifs récurrents, ainsi que sur des hypothèses statistiques contraignant l'entraînement. Dans un second temps, nous nous pencherons sur l'apprentissage profond semi-supervisé, lorsqu'une majorité de l'information n'est pas annotée. Nous comparons des approches développées pour la classification d'images au départ, avant de proposer leur application À la classification audio. Nous montrons que les approches les plus récentes permettent d'obtenir des résultats aussi bons qu'un entraînement entièrement supervisé, qui lui aurait eu accès à l'intégralité des annotations.The amount of information produced by media such as Youtube, Facebook, or Instagram is a gold mine of information for machine and deep learning algorithms. A gold mine that cannot be reached until this information has been refined. For supervised algorithms, it is necessary to associate a label to each available piece of information allowing to identify and use it. This is a tedious, slow, and costly task, performed by human annotators on a voluntary or professional basis. However, the amount of information generated each day far exceeds our human annotation capabilities. It is then necessary to turn to learning methods capable of using the information in its raw or slightly processed form. For that, we will focus on weak annotations in the first part, then on partial annotations in the second part. The detection of sound events in a polyphonic environment is a difficult problem to solve. The sound events overlap, repeat or vary in the frequency domain. All these difficulties make the annotation task even more challenging, not only for a human annotator but also for systems trained in simple classification (mono phone). Semi-supervised audio classification, i.e. when a significant part of the dataset has not been annotated, is another proposed solution to the problem of the huge amount of data generated every day. Semi-supervised deep learning methods are numerous and use different mechanisms to implicitly extract information from these unannotated data, making them useful and directly usable. The objectives of this thesis are two folds. Firstly, to study and propose weakly supervised approaches for the sound event detection task in our participation in the DCASE international challenge task four, which provides realistic weakly supervised audio recordings extracted from domestic scenes. To solve this task, we suggest two solutions based on recurrent neural networks and statistical assumptions constraining the training. Secondly, we focus on semi-supervised deep learning when most of the information is not annotated. We compare approaches developed for image classification before proposing their application to audio classification and a substantial improvement. We show that the most recent approaches can achieve results as good as fully supervised training, which would have had access to all annotations
Etude du rôle de la glucosylcéramidase dans le mélanome cutané
Get PDFLe mélanome cutané (MC) est le cancer le plus sévère des cancers de la peau dont l'incidence ne cesse d'augmenter. Malgré des avancées majeures dans la prise en charge du MC avec le développement des thérapies ciblées et de l'immunothérapie, le pronostic des patients atteint de MC reste mauvais. Dans le mélanome cutané, des altérations du métabolisme des sphingolipides, une classe de lipide particulier, ont été montrées par notre équipe et d'autres. Ces altérations pourraient avoir un rôle dans la survenue, la progression et la résistance aux thérapies et s'articulent essentiellement autour d'une diminution de la production du céramide, considéré comme un anti-oncométabolite, et en faveur d'une augmentation de sphingosine-1-phosphate, considéré comme un oncométabolite. La glucosylcéramidase, codée par le gène GBA, est une enzyme lysosomale qui catalyse la dernière étape du catabolisme des sphingolipides transformant le glucosylcéramide (GlcCer) en céramide. L'analyse d'un exome de patients atteints de MC a révélé des mutations faux-sens dans le gène GBA. Le déficit en GCase est connu pour être responsable de la maladie de Gaucher, une maladie de surcharge lysosomale dans laquelle les patients présentent une organomégalie avec ou sans troubles neurologiques. L'origine de ces symptômes serait l'accumulation du GlcCer qui n'est plus dégradé, ainsi que sa forme déacylée, la glucosylsphingosine (GlcSph). De plus, ces patients ont un risque accru de développer des cancers et notamment le mélanome cutané. Le rôle de ces métabolites dans le développement des cancers est évoqué. Parallèlement, les mutations de GBA, à l'état homozygotes mais aussi hétérozygotes, sont un facteur de risque de développer la maladie de Parkinson, une maladie neurodégénérative dans laquelle des agrégats d'alpha-synucléine sont retrouvés dans les neurones. Le déficit en GCase, via l'accumulation en GlcCer et GlcSph, favoriserait l'agrégation d'alpha-synucléine. De façon intéressante, les patients atteints de la maladie de Parkinson présente un risque augmenté de développer un mélanome cutané. Les agrégats d'alpha-synucléine, secondaire au déficit en GCase, pourrait jouer un rôle dans la mélanomagenèse. Les mécanismes qui sous-tendent le lien entre la maladie de Gaucher et le mélanome cutané reste inconnus. Notre projet est de déterminer le rôle de la GCase dans le développement du mélanome cutané. Pour cela, des lignées cellulaires de mélanome humain (A375) ont été utilisées, dans lesquelles l'expression et/ou l'activité de la GCase ont été inhibées par ARN interférence (sh dirigé contre GBA) ou par inhibition pharmacologique (Conduritol B Epoxide) et dans lesquelles la surexpression de la GCase sauvage et mutée a été réalisée par transduction lentivectorale. Ces lignées ont également été traitées par la GlcSph pour l'étude de son implication dans la tumorigenèse. Les propriétés tumorales ont été étudiées comme la prolifération, le cycle cellulaire et la réponse aux thérapies ciblées, ainsi qu'une analyse des sphingolipides. L'expression de l'alpha-synucléine a également été analysée dans ces différents modèles cellulaires. Nous avons montré que l'inhibition de l'expression/activité de la GCase n'a pas modifié les propriétés tumorales comme la prolifération cellulaire et la sensibilité aux thérapies ciblées. Cependant, le traitement des cellules de mélanome avec la GlcSph montre une diminution transitoire et réversible de la prolifération et la production de cellules multinucléées dont la fonction reste inconnue. Quant à l'expression de l'alpha-synucléine, nos premiers résultats ne sont pas concluant en raison de difficultés techniques. Nos résultats bien que préliminaires montrent un effet de la GlcSph sur la prolifération ainsi que sur le cycle cellulaire, qui pourraient jouer un rôle dans la progression tumorale et nous donne des indications quant au métabolisme de la GlcSph.Cutaneous melanoma (CM) is the most severe skin cancer whom the incidence is keeping growing. Despite of the remarkable improvement of CM management thanks to the development of targeted therapies and immune checkpoint inhibitors, the prognostic of CM patients remains still bad. Some alterations in sphingolipid (SL) metabolism have been described in CM by our research team and others. These alterations could be involved in the tumoral development and the drug resistance, and hinge on a decrease of ceramide production, considered as an anti-oncometabolite and on an increase of sphingosine-1-phosphate production, considered as an oncométabolite. Glucosylceramidase (GCase), encoded by GBA gene, is a lysosomal enzyme, which hydrolyze glucosylceramide (GlcCer) into ceramide, the last step of SL catabolism. The analysis of exome from MC patients has revealed missense mutations in GBA gene. GCase deficiency results in Gaucher disease (GD), a lysosomal storage disease, in which patients display an organomegaly with or without a neurological involvement. The clinical presentation would result from the accumulation of undegraded GlcCer and of GlcSph corresponding with its deacylated form. Moreover, the patient with GD have an increase of risk for developing a cancer, including CM. The involvement of these lipids is evoked. On the other hand, mutations in GBA gene at homozygous or heterozygous state are a risk factor for developing Parkinson disease (PD), a neurodegenerative disorder, in which, alpha-synuclein aggregates are found in neurons. The accumulation of GlcCer and GlcSph, due to GCase deficiency, would promote alpha-synuclein aggregation. Interestingly, patients with PD have also a greater risk for developing CM. Thus, alpha-synuclein aggregates, secondary to GCase deficiency, could be involved in CM development. Mechanisms underlying between GD and CM remains elusive. Here, our aim is to determine the role of GCase in CM development. For that, human melanoma cell lines (A375) have been used, in which the expression and the catalytic activity of GCase have been reduced by either RNA silencing (shRNA against GBA) or by pharmacological inhibition (Conduritol B Epoxide), and A375 cell lines in which GCase wild type and mutated have been overexpressed by lentiviral transduction. In addition, A375 cell line have been treated by GlcSph in order to study its involvement in cancer development. Cancer cell properties such as cell proliferation, cell cycle and response to drugs have been tested as well as a SL analysis. Alpha-synuclein expression has been also assessed in these different cellular models.
We have shown that the inhibition of expression and/or activity of GCase do not modify cancer cell properties. However, cells treated by GlcSph exhibit a temporary and reversible decrease of cell growth and some of them have become giant multinucleated cells but their function is unknown. As for assessment of alpha-synuclein expression, technical problems have us hampered to conclude. Our preliminary results show a potential effect of GlcSph on development of CM and some indications about GlcSph metabolism
Contrôle robuste des systèmes variant dans le temps : application au contrôle d'attitude modélisée par quaternion
Get PDFCette thèse de doctorat apporte deux contributions au champ de l'Automatique: la première aborde le contrôle d'attitude d'un objet rigide quelconque complètement commandé tournant dans l'espace; la seconde concerne des méthodes d'analyse et de synthèse de contrôleur pour les systèmes Linéaires Variant dans le Temps. La première contribution développe en détail la modélisation du suivi d'une trajectoire d'attitude théoriquement réalisable par un objet rigide en rotation, en utilisant le quaternion unitaire pour modéliser son attitude. Le mouvement de rotation est intrinsèquement non linéaire (trigonométrique), avec des singularités liées à sa périodicité, impliquant la non existence de contrôleur linéaire invariant dans le temps en mesure de rendre le système en boucle fermée globalement stable. En prenant en compte ces spécificités, la synthèse de contrôleurs non linéaires permettant d'obtenir une stabilité asymptotique presque globale de la boucle fermée est ensuite développée. Des perspectives pour améliorer ce résultat avec des intégrateurs pour annuler les erreurs statiques et de traînage sont finalement proposées. De la question du réglage de ces contrôleurs non linéaires pour respecter simultanément plusieurs critères de performances, découle la seconde contribution: l'opportunité d'étendre aux systèmes Linéaires Variant dans le Temps les notions de placement de pôles et d'analyse de performances entrées/sorties des systèmes Linéaires Invariant dans le Temps. La méthode proposée concerne les systèmes aux paramètres variant dans le temps bornés dans un ensemble convexe décrit par un polytope. Elle permet d'écrire les problèmes d'analyse de performances sous forme d'Inégalités Linéaires Matricielles Différentielles, puis de les convertir en Inégalités Linéaires Matricielles pour la synthèse de contrôleurs par retour d'état statique. Pour ce dernier résultat, deux formulations sont proposées : la première avec un certificat de Lyapunov commun à toutes les exigences; la seconde avec l'ajout d'une S-variable permet de rechercher simultanément plusieurs certificats de Lyapunov, un pour chaque exigence de performance du problème multi-objectif. Ce résultat de synthèse est finalement appliqué au problème du contrôle d'attitude.This PhD thesis brings two contributions to the field of System Control: the first one deals with the attitude control of a generic fully actuated rigid object rotating in space; the second one concerns methods of analysis and synthesis of controllers for Linear Time Varying systems.
The first contribution develops in detail the modeling of the tracking of a theoretically feasible attitude trajectory performed by this generic rotating object, using the unit quaternion to model the attitude. The rotational motion is intrinsically nonlinear (trigonometric), with singularities related to its periodicity, implying the non existence of a Linear Time Invariant controller able to make the closed loop system globally stable. By taking into account these specificities, the synthesis of nonlinear controllers enabling to obtain an almost global asymptotic stability of the closed loop system is then developed. Perspectives to improve this result with integrators to cancel out static and drag errors are finally proposed. The question of tuning these non-linear controllers to simultaneously meet several performance criteria leads to the second contribution: the opportunity to extend to Linear Time Varying systems the notions of pole placement and input/output performances analysis of Linear Time Invariant systems. The proposed method concerns systems with time varying parameters bounded in a convex set described by a polytope. It allows to write the performance analysis problems in the form of Differential Linear Matrix Inequalities, then to convert them into Linear Matrix Inequalities for the static state feedback synthesis. For this last result, two formulations are proposed: the first one with a Lyapunov certificate common to all the requirements; the second one with an added S-variable which allows to simultaneously search for several Lyapunov certificates, one for each performance requirement of the multi-objective problem. This synthesis result is eventually applied to the attitude control problem
Ecologie du zooplancton du fleuve Niger, Niger
Get PDFCette thèse a permis d'étudier le zooplancton du Niger moyen, sur un tronçon de 520 km d'Ayorou à Gaya (Niger). Deux campagnes d'échantillonnage ont été réalisées : une pendant la période des basses eaux (16 avril-8 mai 2018) et une pendant les hautes eaux (1-15 février 2019). Le zooplancton et les facteurs environnementaux ont été suivis en sub-surface, au milieu de la rivière à 8 stations. Pendant la campagne des basses eaux, les sédiments au bord de la rivière ont été échantillonnés pour réaliser des analyses géochimiques ; pendant la campagne de hautes eaux, le zooplancton de trois tributaires (Sirba, Tapoa et Mékrou) a également été échantillonné pour évaluer leur contribution à la communauté zooplanctonique du Niger. Les analyses géochimiques et les facteurs environnementaux montrent que le site d'étude est généralement faiblement pollué. Une pollution au Cd est observée en amont et en aval de la zone d'étude. Autour de la ville de Niamey des concentrations plutôt élevées en composés azotés, et une pollution légère en Cd et As sont observées. 48 taxa de zooplancton ont été identifiés, (32 rotifères, 13 cladocères et 3 copépodes). L'inventaire réalisé enrichit de 27 taxons la connaissance du zooplancton du Niger. L'abondance du zooplancton était la plus élevée pendant les basses eaux, surtout autour de Niamey. Ceci est probablement dû à la présence de macrophytes, couplée à une production de phytoplancton stimulée par les concentrations élevées en nutriments. Pendant l'échantillonnage des hautes eaux, l'abondance du zooplancton augmente vers l'aval, montrant plus de cladocères et de copépodes. Comme dans la plupart des eaux courantes, les rotifères dominent la communauté zooplanctonique, les copépodes n'étant capables de se développer jusqu'au stade adulte qu'en aval de la zone d'étude, là où il y a des plaines alluviales. Les concentrations élevées en Chl a observées dans les tributaires suggèrent une importation de phytoplancton vers ces rivières. Le fait que les concentrations en Chl a y restent assez basses suggère un contrôle du phytoplancton par le broutage du zooplancton.This thesis studies the zooplankton of the Middle river Niger, over a 520 km reach from Ayorou to Gaya (Niger). Two campaigns took place: one during the low-water period (16th April to 8th May 2018) and one during the high-water period (1st to 15th February 2019). Zooplankton and physico-chemical variables were sampled the middle of the river at 8 stations. During the low-water campaign, the sediment on the river edge was sampled for geochemical analysis; during the high-water campaign, the zooplankton of three important tributaries (Sirba, Tapoa and Mékrou) was also sampled. Environmental factors and sediment analysis showed that the studied reach was little polluted, except for Cd in the upstream and downstream part of the study zone. Around the city of Niamey, a light Cd and As pollution, as well as rather high concentrations of nitrogen compounds were observed. 48 taxa of zooplankton were observed (32 rotifers, 13 cladocerans and 3 copepods). This inventory enriches the existing knowledge about zooplankton in the Niger river with 27 taxa. Zooplankton abundance was highest during the low-water campaign, especially around Niamey, probably because of nutrient-increased phytoplankton development combined with the presence of macrophytes. During high water sampling, total zooplankton abundance increased in downstream direction, because of an increase in copepod and cladoceren abundance. As in most lotic systems, rotifers were dominating, copepods being able to develop to adult stages only in the downstream part of the study area, which covers alluvial plains. The high concentrations of Chl a found in the tributaries suggest an import of phytoplankton into the main river. The fact that Chl a concentration there remain rather low suggests a control of phytoplankton by zooplankton grazing
Microfluidique pour manipuler et étudier des membranes biomimétiques
Get PDFLes propriétés mécaniques de la membrane cellulaire contrôlent de nombreux processus biologiques. Les vésicules unilamellaires géantes (GUV) sont une approche facile pour reproduire la membrane cellulaire. L'aspiration par micropipettes est une technique bien connue utilisée pour caractériser leurs propriétés mécaniques, bien qu'elle implique une expérimentation de longue durée pour une mesure et une configuration complexe. Nous avons développé des plates-formes microfluidique visant à intégrer l'aspiration par micropipettes. Un avantage crucial de l'approche la plus avancée que nous avons mise en place est la flexibilité en termes de forme que nous pouvons fabriquer (en particulier forme de piège cylindrique). Cette approche permet également de multiplexer des micropipettes, offrant des mesures à haut débit, et enfin la possibilité de fabriquer les éléments composant la micropipette par centaines à la fois. Nous avons d'abord pu caractériser des compositions lipidiques simples telles que DOPC, POPC et Brain SM, dont les modules de courbure et d'étirement étaient en très bon accord avec les valeurs rapportées dans la littérature. Nous avons également caractérisé l'effet du cholestérol sur les membranes DOPC : le cholestérol augmentait le module d'étirement de la membrane DOPC mais n'affectait pas son module de courbure, rendant ainsi la membrane plus rigide. De plus, nous avons caractérisé la membrane DOPC contestée avec des nanoparticules de copolymères, généralement utilisées pour l'administration de médicaments. Ces nanoparticules ont induit un ramollissement de la membrane, qui pourrait être dû à l'effet de perméabilisation des NP sur la membrane, ou à leur insertion dans les membranes provoquant des défauts. Cette méthode étant polyvalente, en changeant la forme de la micropipette cylindrique en une section transversale permettant de piéger les GUV avec un écoulement résiduel autour d'elle, nous avons pu avoir une caractérisation préliminaire de l'effet de l'écoulement sur la fluidité des membranes. Enfin, nous avons adapté la taille de la micropipette afin de caractériser les propriétés viscoélastiques des sphéroïdes, agrégats de cellules cancéreuses 3D. Nous avons caractérisé la viscosité des cellules cancéreuses du pancréas et démontré qu'elle est indépendante de la taille des sphéroïdes.The mechanical properties of the cell's membrane control many biological processes. Giant Unilamellar vesicle (GUV) are an easy approach to reproduce cells membrane. Micropipette aspiration is a well-known technique used to characterize their mechanical properties, though it involves long time experimentation, and huge set up. Here we present a microfluidic platform that reproduce micropipette aspiration especially by its cylindrical trap form. The main advantage is the flexibility in terms of the shape we can fabricate, as well as the multiplexing micropipette, offering high throughput measurements and finally the ability to fabricate the elements composing the micropipette by hundreds at a time. We were able first to characterize simple lipid compositions such as DOPC, POPC and Brain SM, whose bending and stretching moduli are in very good agreement with the values reported in the literature. We also characterized the effect of cholesterol on DOPC membranes: cholesterol does increase the stretching modulus of DOPC membrane but does not affect its bending modulus, making therefore the membrane stiffer. Moreover, we characterized DOPC membrane challenged with co-polymers nanoparticles which are usually used for drug delivery and which showed a softening in the membrane which could be due to the permeation effect of the NP on the membrane.
As this method is versatile, by changing the shape of the cylindrical micropipette to a cross section which allows the GUVs to be trapped with a residual flow around it, we were able to have a preliminary characterization of the effect of flow on the membranes' fluidity properties. Finally, we adapted the size of the micropipette in order to characterize the viscoelastic properties of spheroids made of cancer cells. We characterized the viscosity of pancreatic cancer cells and demonstrated that it is independent on the spheroids size
Partie I. Identification de mastocytes à longue durée de vie, associés aux plexus myentériques, essentiels à la motilité intestinale. Partie II. Caractérisation transcriptomique de l'eczéma chronique des mains
No full textPartie I - Les mastocytes (MC) sont des cellules du système immunitaire inné qualifiées de "sentinelles", réparties dans la plupart des tissus, au contact des nerfs et des vaisseaux. La question d'une fonction spécifique de certaines sous-populations de MC, associée à des niches anatomiques précises à travers les organes, n'est pas résolue à l'heure actuelle. Mon travail de thèse a montré que les MC exprimant le récepteur MrgprB2 partagent une signature transcriptomique commune au sein de différents tissus, bien distincte de celle observée chez les MC n'exprimant pas MrgprB2. Dans le tube digestif, les MC MrgprB2+ sont confinés dans les couches musculeuses, intriqués au sein des neurones du plexus myentériques et des cellules gliales. Ils proviennent de progéniteurs myéloïdes fœtaux et sont de longue durée de vie. A l'inverse, les MC MrgprB2neg, localisés dans la muqueuse digestive, proviennent de progéniteurs à la fois fœtaux et adultes et ont une durée de vie plus courte. A l'aide de techniques d'imagerie in vivo et de modèles murins transgéniques, nous avons montré que les MC MrgprB2+, qui ont la capacité de communiquer avec les neurones du plexus myentérique sont essentiels à une motilité digestive normale, leur déplétion ciblée ayant pour conséquence un effondrement des amplitudes de contraction du tube digestif. Partie II - L'eczéma chronique des mains (ECM) est la dermatose des mains la plus fréquente. Il est responsable d'une profonde altération physique, fonctionnelle et de la qualité de vie des patients atteints. La caractérisation de sous-types d'ECM reste un défi majeur sur les plans clinique et physiopathologique du fait de l'hétérogénéité de la maladie. La part respective de l'allergie de contact, des facteurs irritatifs et de la dermatite atopique est variable d'un patient à l'autre. Il est également parfois difficile de distinguer cliniquement un réel ECM d'un psoriasis palmaire. Au cours de ma thèse, nous avons réalisé un séquençage de l'ARN total à partir de biopsies cutanées de patients atteints d'ECM avant intervention thérapeutique (n=17) et de biopsies cutanées issus de donneurs sains contrôles (n=15) appariés en âge et en sexe. Nous avons ainsi pu comparer les signatures transcriptomiques observées avec celles obtenues de bases de données publiques de patients atteints de dermatite allergique ou irritative de contact, de dermatite atopique et de psoriasis. Cette approche nous a permis d'avancer dans la compréhension du phénotype complexe de l'ECM.Part I - Mast cells (MCs) are heterogenous tissue-resident immune cells closely associated with blood vessels and nerves. However, the extent to which specialized MCs can exhibit micro-environment-specific functions is still elusive. During ma thesis, we demonstrated that MrgprB2+ MCs share a conserved transcriptomic core signature across organs, distinct from that of MrgprB2neg MCs. In the gut, MrgprB2+ MCs established from fetal-restricted progenitors, are long-lived, colonize the muscularis and are embedded within neuronal and glial structures. Conversely, MrgprB2neg MCs are of mixed developmental origins from both fetal and adult-type progenitors, are shorter-lived and are excluded from the myenteric plexus. Combining live organ imaging and genetic approaches, we showed that MrgprB2+ MCs have a unique capacity for communicating with enteric neurons and their specific depletion results in dysregulation of the amplitude of gut contractions. Thus, we demonstrated that MrgprB2+ MCs can exhibit niche-specific functions by forming neuro-immune units essential for supporting gastrointestinal motility. Part II - Chronic hand eczema (CHE) is the most common skin disorder affecting the hands. It causes major physical and psychological burden for patients. Classification of CHE remains challenging because of its aetiological and clinical heterogeneity. The respective contribution of contact allergy, irritants and atopic dermatitis (AD) varies from patient to patient and it may be difficult to differentiate clinically CHE from palmar psoriasis. During my thesis, we performed total RNA sequencing on skin samples from CHE patients before any therapeutic intervention (n = 17) and sex- and age-matched, healthy donor controls (n=15) and compared the transcriptional signatures observed with publically available transcriptomic databases from contact allergy or irritant dermatitis, AD as well as psoriasis skin sample. Such approaches allowed us to pave the way of deciphering the complex landscape of CHE
Étude du statut sanitaire des élevages avicoles familiaux et de loisir et évaluation de leur rôle à l'interface avec les élevages avicoles commerciaux en France
Get PDFLes élevages avicoles familiaux tels que les basses-cours rurales, les poulaillers urbains et les élevages de volailles de loisir sont un secteur important de la production avicole française. Estimés à 2,5 millions de propriétaires à ce jour, ces élevages sont suspectés de pouvoir transmettre des agents pathogènes aux élevages avicoles commerciaux. Dans cette étude, nous avons étudié le rôle des élevages avicoles familiaux dans la circulation et la transmission d'agents pathogènes aux élevages avicoles commerciaux. Afin de mieux caractériser les acteurs de la filière avicole familiale, une enquête participative nationale a été réalisée afin d'analyser les pratiques d'élevage et d'identifier différentes sous-populations. En parallèle, les prévalences de 14 agents infectieux à tropisme majoritairement respiratoire ayant un intérêt en santé publique et/ou animale ont été estimées. L'identification d'agents pathogènes comme marqueurs d'infection et de transmission a été effectuée en comparant les prévalences entre secteurs familial et commercial. Dans le secteur familial, cinq sous-populations ont été mises en évidence : les poulaillers urbains, les basses-cours traditionnelles, les poulaillers d'étudiants, les élevages familiaux "de compagnie", et les élevages de poules de race et de loisir. Des agents pathogènes comme Mycoplasma synoviae et Avibacterium paragallinarum, présentent une prévalence élevée dans les basses-cours, mais sont rarement identifiés dans les élevages commerciaux, ce qui pourrait en faire des marqueurs pertinents de transmission du secteur familial au secteur commercial. D'une manière générale, les résultats suggèrent un rôle limité des basses-cours dans la contamination des élevages commerciaux. A l'inverse, dans un contexte épizootique d'influenza aviaire, il a été montré que les liens humains entre secteur familial et secteur commercial représentaient un risque de contamination des basses-cours, conduisant ainsi à privilégier l'hypothèse inverse d'une possible contamination des élevages familiaux par les élevages commerciaux.Backyard poultry farming involving for example traditional family flocks and hobby poultry flocks is an important sector of the French poultry production. Today, it is estimated that they represent 2.5 million owners, and they are suspected of transmitting pathogens to commercial poultry farms (and/or humans). In this study, we investigated the role of backyard poultry flocks in the circulation and transmission of pathogens to commercial poultry farms. In order to better characterize the stakeholders in the backyard poultry sector, a national participatory survey was conducted to analyze owners' practices and identify different sub-populations. Simultaneously, the prevalence of 14 pathogens of interest in human and/or animal health and predominantly presenting a respiratory tropism were studied. The identification of pathogens as markers of infection and transmission was carried out by comparing their prevalence levels in the familial and commercial poultry sectors. In the familial poultry sector, five sub-populations were identified: urban poultry, traditional poultry, student poultry, "pet" family poultry, and hobby poultry. Pathogens such as Mycoplasma synoviae and Avibacterium paragallinarum are highly prevalent in French family poultry flocks but are rarely identified in commercial farms. Consequently, they could be considered as relevant markers of transmission from backyard to commercial flocks. In general, the results indicate the limited role of backyard poultry flocks in the contamination of commercial poultry farms. On the contrary, human links existing between backyard and commercial premises were identified as a risk factor for backyard flocks in an epizootic avian influenza context. These results lead us to consider the reverse hypothesis of a possible pathogens transmission from commercial to backyard poultry flocks during epidemics