Les glaces de spin, comme Dy2Ti2O7 et Ho2Ti2O7, sont des matériaux présentant un magnétisme particulièrement exotique. Ils constituent les premiers composés cristallins ferromagnétiques frustrés à avoir été découverts. Cette frustration permet la fractionnalisation des degrés de liberté de spin et l’émergence de monopôles magné-tiques, dont la physique est formalisée par le modèle des haltères.Dans cette thèse, nous étudions dans un premier temps le diagramme de phase de ce modèle grâce à un parallèle avec le modèle de Blume-Capel S = 2. On identifie dans ce diagramme la phase fragmentée observée expérimentalement dans Ho2Ir2O7,et on localise le point critique de la transition entre la phase glace de spin et la phase fragmentée.Dans un second temps, on montre numériquement que la dynamique du système autour de ce point critique appartient à la classe d’universalité du modèle d’Ising 3D. On utilise pour cela deux outils : les lois d’échelle de Kibble-Zurek et le rapport de fluctuation-dissipation. L’obtention de ce dernier a nécessité l’introduction d’une méthode novatrice pour le calcul des fonctions de réponse. Nous soulignons également que ces outils sont spécifiquement intéressants dans le cas des glaces de spin où les temps microscopiques sont de l’ordre de 1 μs, rendant le ralentissement critique observable expérimentalement.Dans un troisième temps, nous employons à nouveau la violation du théorème de fluctuation-dissipation pour caractériser un régime fortement hors équilibre de la phase glace de spin, où les degrés de liberté sont cinétiquement bloqués du fait de l’attraction coulombienne entre les monopôles. / Spin ices, such as Dy2Ti2O7 and Ho2Ti2O7, are materials exhibiting exotic magnetic properties. They were the first frustrated ferromagnetic crystalline compounds to be discovered. The frustration leads to the fractionnalisation of the spin degrees of freedom and the emergence of magnetic monopoles, whose physics is formalised in the dumbbell model. In this thesis, we study the full phase diagram of this model in analogy with theS=2 Blume-Capel model. We identify in this diagram the fragmented phase observed experimentally in Ho2Ir2O7, and we localise the critical point of the transition between the spin ice phase and the fragmented phase.In a second part, we show numerically that the dynamics of this system at thecritical point belongs to the 3D Ising university class. We use for this two tools :the Kibble-Zurek scaling law and the fluctuation-dissipation ratio. For the latter, ithas been necessary to introduce a novel method to measure response functions. Wealso emphasize that these tools are specifically interesting for spin ice materials, as the unusually long microscopic time scale (1 μs) should make it possible to experimentallyobserve out-of-equilibrium phenomena related to critical slowing down.In a third part, we use the violation of the fluctuation-dissipation theorem to characterise a strongly out-of-equilibrium regime of spin ice - a thermal quench from high to low temperature, where degrees of freedom are kinetically blocked because ofthe Coulombic attraction between the monopoles.

Les modèles de mutations décrivent le processus d’apparitions rares et aléatoires de mutations au cours de lacroissance d’une population de cellules. Les échantillons obtenus sont constitués de nombres finaux de cellules mutantes,qui peuvent être couplés avec des nombres totaux de cellules ou un nombre moyen de cellules en fin d’expérience.La loi du nombre final de mutantes est une loi à queue lourde : de grands décomptes, appelés “jackpots”,apparaissent fréquemment dans les données.Une construction générale des modèles se décompose en troisniveaux. Le premier niveau est l’apparition de mutations aléatoires au cours d’un processus de croissance de population.En pratique, les divisions cellulaires sont très nombreuses, et la probabilité qu’une de ces divisions conduise à une mutation est faible,ce qui justifie une approximation poissonnienne pour le nombre de mutations survenant pendant un temps d’observation donné.Le second niveau est celui des durées de développement des clones issus de cellules mutantes. Du fait de la croissance exponentielle,la majeure partie des mutations ont lieu à la fin du processus, et les durées de développement sont alors indépendanteset exponentiellement distribuées. Le troisième niveau concerne le nombre decellules qu’un clone issu d’une cellule mutante atteint pendant une durée de développement donnée.La loi de ce nombre dépend principalement de la loi des instants de division des mutantes.Le modèle classique, dit de Luria-Delbrück, suppose que les développements cellulaires des cellules normales aussi bien que mutantess’effectue selon un processus de Yule. On peut dans ce cas calculer expliciter la loi du nombre final de mutantes.Elle dépend de deux paramètres, qui sont le nombre moyen de mutations et le paramètre de fitness (ratio des taux de croissance des deux types de cellules).Le problème statistique consiste à estimer ces deux paramètres au vu d’un échantillon denombres finaux de mutantes. Il peut être résolu par maximisation de la vraisemblance,ou bien par une méthode basée sur la fonction génératrice. Diviser l'estimation du nombre moyen de mutations par le nombre total de cellulespermet alors d'estimer la probabilité d’apparition d’une mutation au cours d’une division cellulaire.L’estimation de cette probabilité est d’une importancecruciale dans plusieurs domaines de la médecine et debiologie: rechute de cancer, résistance aux antibiotiques de Mycobacterium Tuberculosis, etc.La difficulté provient de ce que les hypothèses de modélisation sous lesquelles la distribution du nombre final de mutants est explicitesont irréalistes.Or estimer les paramètres d’un modèle quand la réalité en suit un autre conduit nécessairement à un biais d’estimation.Il est donc nécessaire de disposer de méthodes d’estimation robustes pour lesquelles le biais, en particulier sur la probabilité de mutation,reste le moins sensible possible aux hypothèses de modélisation.Cette thèse contient une étude probabiliste et statistique de modèles de mutations prenant en compte les sources de biais suivantes : durées de vie non exponentielles, morts cellulaires,variabilité du nombre final de cellules, durées de vie non-exponentielles et non-identiquement distribuées, dilution de la population initiale.Des études par simulation des méthodes considérées sont effectuées afin de proposer, selon les caractéristiques du modèle,l’estimation la plus fiable possible. Ces méthodes ont également été appliquées à desjeux de données réelles, afin de comparer les résultats avec les estimations obtenues avec les modèles classiques.Un package R a été implémenté en collaboration avec Rémy Drouilhet et Stéphane Despréaux et est disponible sur le CRAN.Ce package est constitué des différents résultats obtenus au cours de ce travail. Il contient des fonctions dédiées aux modèles de mutations,ainsi qu'à l'estimation des paramètres. Les applications ont été développées pour le Labex TOUCAN (Toulouse Cancer). / Mutation models are probabilistic descriptions of the growth of a population of cells, where mutationsoccur randomly during the process. Data are samples of integers, interpreted as final numbers ofmutant cells. These numbers may be coupled with final numbers of cells (mutant and non mutant) or a mean final number of cells.The frequent appearance in the data of very large mutant counts, usually called “jackpots”, evidencesheavy-tailed probability distributions.Any mutation model can be interpreted as the result of three ingredients. The first ingredient is about the number of mutations occuring with small probabilityamong a large number of cell divisions. Due to the law of small numbers, the number of mutations approximately follows aPoisson distribution. The second ingredient models the developing duration of the clone stemming from each mutation. Due to exponentialgrowth, most mutations occur close to the end of the experiment. Thus the developing time of arandom clone has exponential distribution. The last ingredients represents the number of mutant cells that any clone developing for a given time will produce. Thedistribution of this number depends mainly on the distribution of division times of mutants.One of the most used mutation model is the Luria-Delbrück model.In these model, division times of mutant cells were supposed to be exponentially distributed.Thus a clone develops according to a Yule process and its size at any given time follows a geometric distribution.This approach leads to a family of probability distributions which depend on the expected number of mutations and the relative fitness, which is the ratio between the growth rate of normal cells to that of mutants.The statistic purpose of these models is the estimation of these parameters. The probability for amutant cell to appear upon any given cell division is estimated dividing the mean number of mutations by the mean final number of cells.Given samples of final mutant counts, it is possible to build estimators maximizing the likelihood, or usingprobability generating function.Computing robust estimates is of crucial importance in medical applications, like cancer tumor relapse or multidrug resistance of Mycobacterium Tuberculosis for instance.The problem with classical mutation models, is that they are based on quite unrealistic assumptions: constant final number of cells,no cell deaths, exponential distribution of lifetimes, or time homogeneity. Using a model for estimation, when thedata have been generated by another one, necessarily induces a bias on estimates.Several sources of bias has been partially dealed until now: non-exponential lifetimes, cell deaths, fluctuations of the final count of cells,dependence of the lifetimes, plating efficiency. The time homogeneity remains untreated.This thesis contains probabilistic and statistic study of mutation models taking into account the following bias sources:non-exponential and non-identical lifetimes, cell deaths, fluctuations of the final count of cells, plating efficiency.Simulation studies has been performed in order to propose robust estimation methods, whatever the modeling assumptions.The methods have also been applied to real data sets, to compare the results with the estimates obtained under classical models.An R package based on the different results obtained in this work has been implemented (joint work with Rémy Drouilhetand Stéphane Despréaux) and is available on the CRAN. It includes functions dedicated to the mutation models and parameter estimation.The applications have been developed for the Labex TOUCAN (Toulouse Cancer).

Le vieillissement physique est un sujet très actif en physique statistique car il ouvre la perspective d’une généralisation de la physique statistique à l’équilibre à des cas faiblement hors équilibre. Dans ce contexte où d’importants travaux ont été réalisés sur les polymères et les verres de spin, des travaux théoriques ont montré l’intérêt que pouvait apporter l’étude de système subissant une transition de phase du second ordre, les ingrédients théoriques étant plus simples. Nous avons donc étudié dans le détail la transition de Fréedericksz dans un cristal liquide qui est décrite par une transition du second ordre afin d’utiliser ensuite ce système pour faire une étude expérimentale du vieillissement au point critique. Nous avons alors montré que les équations usuellement utilisées (développement de l’énergie libre à la Landau) pour décrire la dynamique de cette transition ont un domaine de validité extrêmement mince qui n’est pas accessible expérimentalement. Il faut donc tenir compte des termes non linéaires de l’énergie libre pour décrire la dynamique du système, même dans le cadre de la réponse linéaire. Nous avons montré dans ce cadre le très bon accord entre la simulation numérique sans paramètre ajustable et les résultats expérimentaux. Nous avons ensuite étudié le comportement des fluctuations au voisinage du seuil de la transition et montré que lorsque la normalisation tenait bien compte du fait que la mesure est celle d’une variable quadratique, alors les fluctuations étaient d’amplitude maximale au seuil de la transition de Fréedericksz, comme on l’attend d’une transition du second ordre. L’étude de ces fluctuations permet alors de mesurer précisément la valeur du champ critique, ce qui est une mesure totalement nouvelle. Nous avons ensuite réalisé une étude de la dynamique des fluctuations du système lors de la réponse à une marche du paramètre de contrôle de la transition de Fréedericksz, et en particulier lors de trempes au point critique. Nous avons alors retrouvé les résultats prédits sur les systèmes de verres de spin, et nous montrons le lien entre la violation du théorème de fluctuation dissipation et l’évolution de la variance. Enfin nous avons monté un dispositif permettant de faire l’étude spatio-temporelle du système, nous avons montré que les 2 dispositifs mis en œuvre étaient limités par leur sensibilité dépendant de la valeur moyenne du paramètre d’ordre et nous proposons donc un autre système de mesure que nous n’avons pas eu le temps d’implémenter. / Physical aging is an active subject in statistical physics as it could lead to the generalization of equilibrium statistical physics to weakly out of equilibrium systems. In this context, where polymers and spin glasses have already been extensively studied despite not still well understood, theoretical works have shown new interests in systems undergoing a second order phase transition, where model ingredients are based on simpler physical arguments. Therefore, we studied in details a second order phase transition in liquid crystals : the Fréedericksz transition, in order to monitor experimentally aging at its critical point. We showed that the equations usually proposed to describe the dynamics of the transition (Landau like development of the free energy) have a very limited domain of validity, not accessible experimentally. In fact, one has to take into account the non-linearities, even in the vicinity of the Fréedericksz threshold and in the linear response regime. In this framework, we found a very good agreement between numerical simulations (no adjustable parameters) and experimental results. Then, we studied the behavior of fluctuations in the vicinity of the transition threshold and showed that, when ones takes into account the quadratic dependence of the measured variable, the fluctuations have a maximal amplitude at the threshold, as expected in a second order phase transition. This experimental study of fluctuations provides a new method to precisely measure of the value of the Fréedericksz threshold. A detailed analysis of the system dynamic fluctuations during quenches, and in particular, critical quenches was also performed, and we found the same behavior as predicted on spin glasses. The relation between fluctuation-dissipation theorem violation and variance evolution during the quench could be established. In parallel, we designed an experimental set-up to study the spatio-temporal fluctuations and also used a classical one, which both have sensitivity limits due to the mean value of the order parameter. We therefore propose a third set-up which could not be implemented due to a lack of time, that should overcome these difficulties.

Les récepteurs nucléaires sont membres d'une famille de protéines activées par des ligands et qui régulent la transcription de nombreux gènes. Le récepteur nucléaire RevErbα est constitutivement inhibiteur de la transcription de gènes cibles via le recrutement du complexe corépresseur NCor-HDAC3 (Nuclear CoRepressor et Histone DeAcetylase 3). Ce complexe joue un rôle important dans le contrôle de l'horloge circadienne et de la glucogenèse via la régulation de la transcription des gènes codant pour les enzymes G6Pase (Glucose-6-Phosphatase) et PEPCK (PhosphoEnol Pyruvate Carboxy Kinase). Ces deux enzymes sont impliquées dans la glucogénèse qui est dérégulée en cas de diabète de type 2. Ce travail est basé sur l'investigation de l'interaction du récepteur nucléaire RevErbα avec deux corépresseurs: son partenaire établit NCor et SMRT (Silencing Mediator for Retinoid and Thyroid Receptors). Malgré ce qui est rapporté dans la littérature, c'est à dire que SMRT et RevErbα n'interagissent pas fonctionnellement in vivo, nous avons choisis d'étudier cette interaction à cause de la similarité de séquence entre les deux corépresseurs, mais également parce que les peptides des deux corépresseurs ont été rapportés comme interagissant avec d'autre récepteurs nucléaire. Afin d'étudier ces interactions, nous avons utilisé deux techniques complémentaires basées sur l'émission de fluorescence: Une technique in vitro qui est l'anisotropie de fluorescence et une technique de microscopie de fluorescence in cellulo appelée Number & Brightness. En plus de cette étude de l'interaction entre le récepteur nucléaire et les corépresseurs, nous nous sommes intéressé à déterminer l'effet de plusieurs ligands sur cette interaction. Trois ligands ont été testés: l'hème qui est rapporté comme étant le ligand naturel de RevErbα et deux ligands synthétiques et non naturels de RevErbα (SGN et SD7). Grâce à l'anisotropie de fluorescence (in vitro), nous avons confirmé et quantifié l'interaction entre le domaine de liaison au ligand (LBD) de RevErbα et un peptide NCor contenant le domaine d'interaction majeur (ID1 pour RevErbα et nous avons déterminé l'effet des trois ligands sur cette interaction. Nous avons également quantifié l'interaction entre RevErbα et d'autres peptides provenant de NCor et correspondant aux autres domaines d'interaction (ID2 et ID3) pour sa liaison à RevErbα. Nous avons déterminé que l'hème et le SD7 ont un effet déstabilisateur de la liaison de RevErbα à NCor in vitro, alors que le ligand SGN améliore la stabilité de complexe. Nous avons également confirmé une interaction entre RevErbα et un peptide corépresseur issu de SMRT. Afin d'étudier l'interactions des protéines pleine taille dans un contexte plus fonctionnel, nous avons utilisé le 2 photons-2 couleurs Number & Brightness. C'est une technique de microscopie à fluorescence basée sur la fluctuation de l'intensité de fluorescence pour étudier les interactions spécifiques de RevErbα avec NCor et SMRT pleine taille in cellulo ainsi que l'effet des ligands, précédemment mentionné, sur ces interactions. Dans les conditions choisies pour notre étude, nous avons déterminé que RevErbα interagit fortement avec NCor in cellulo et que cette interaction est améliorée par le ligand SGN. En revanche, l'hème et le SD7 n'ont pas d'effet observable sur ce complexe. Nous avons également montré pour la première fois que RevErbα forme des complexes avec le corépresseur SMRT pleine taille in cellulo. La continuité de ce travail pourrait être ciblée sur l'identification de ligands qui augmenterait le recrutement du complexe corépresseur NCor-HDAC3 sur RevErbα, menant ainsi à la diminution de l'expression des gènes cibles. En définitive, un ligand tel que celui-ci pourrait être d'un grand intérêt dans la recherche de la diminution de glucose dans le sang dans les cas de diabètes de type 2. / Nuclear receptors are members of ligand-inducible factors that regulate the transcription of many genes. Nuclear receptor RevErbα constitutively inhibits the transcription of target genes via the recruitment of the corepressor complex NCor-HDAC3 (Nuclear CoRepressor and Histone DeAcetylase 3). This complex plays an important role in controlling the circadian clock and glucogenesis via regulation of the transcription of the G6Pase (Glucose-6-Phosphatase) and PEPCK (PhosphoEnol Pyruvate Carboxy Kinase) genes, both coding for proteins involved in glucogenesis, which is central to type 2 diabetes. Here we have investigated the interaction of the nuclear receptor RevErbα with two corepressors: its establish partner, NCor and SMRT (Silencing Mediator for Retinoid and Thyroid Receptors). Despite literature reports that SMRT and RevErbα do not interact functionally in vivo, we choose to study this interaction because of sequence similarity between the two corepressors, because peptides of both corepressors were reported to interact with other nuclear receptors. To investigate these interactions, we used two complementary fluorescence techniques: In vitro assays based on fluorescence anisotropy and an in cellulo fluorescence microscopy technique called Number & Brightness. In addition to the interactions between the CoRs and the RN, we were interested in determining the effects of several ligands on these interaction. Three ligands were tested: heme, which is reported to be the natural ligand of RevErbα and two synthetic and non-naturals ligands of RevErbα (SGN and SD7). By fluorescence anisotropy (in vitro) we confirmed and quantitated the interaction between purified RevErbα Ligand Binding Domain (LBD) and an NCoR peptide containing the major interaction domains (ID1) for RevErbα and revealed the effect of the three ligands on this interaction. We quantitated as well, the interaction between RevErbα and other peptides from NCor corresponding to the other interaction domains (ID2 and ID3) for it binding to RevErbα. We found a destabilizing effect of heme and SD7 binding to RevErbα on it interaction with NCor in vitro, whereas the ligand SGN enhanced the complex stability. We also confirmed an interaction between RevErbα and a SMRT peptide corepressor in vitro. In order to examine these interactions in a more functionally relevant context using full length proteins, we used 2 photon 2 colors Cross Number and Brightness (N&B), an fluorescence microscopy technique based on fluorescence intensity fluctuations to study specific interactions of full length RevErbα with NCor and SMRT in cellulo as well as the effect of several ligands above mentioned. Under the conditions of our studies, we find that RevErbα and NCor interact strongly in cellulo, and we observed a slight enhancement of this interaction by the SGN ligand. No effect of heme or SD7 was observed on the complex. We show as well for the first time that RevErbα forms complexes with the full length SMRT corepressor in cellulo. Future extensions of these studies could be aimed at identifying ligands that enhance the recruitment of the corepressor complex NCor/HDAC3 by RevErbα, thus leading to a decrease expression of the target genes. Ultimately such a ligand could be of interest in the quest to decrease blood glucose levels in type 2 diabetes.

This master thesis deals with employee fluctuation in the selected manufacturing company. In its first part, it explains theoretical concepts associated with employee fluctuation, the ways to measure it, the most common reasons causing employees to leave, and associated costs to the company. The theoretical findings are used in the next part of the thesis to analyse and examine a particular situation in the selected company. The final part contains suggestions for improving identified problems to reduce fluctuation.

Boolean networks are coarse-grained models of the regulatory dynamics that controls the survival and proliferation of a living cell. The dynamics is time- and state-discrete. This Boolean abstraction assumes that small differences in concentration levels are irrelevant; and the binary distinction of a low or a high concentration of each biomolecule is sufficient to capture the dynamics. In this work, we briefly introduce the gene regulatory models, where with the advent of system-specific Boolean models, new conceptual questions and analytical and numerical challenges arise. In particular, the response of the system to external intervention presents a novel area of research. Thus first we investigate how to quantify a node\\\''s individual impact on dynamics in a more detailed manner than an averaging against all eligible perturbations. Since each node now represents a specific biochemical entity, it is the subject of our interest. The prediction of nodes\\\'' dynamical impacts from the model may be compared to the empirical data from biological experiments. Then we develop a hybrid model that incorporates both continuous and discrete random Boolean networks to compare the reaction of the dynamics against small as well as flip perturbations in different regimes. We show that the chaotic behaviour disappears in high sensitive Boolean ensembles with respect to continuous small fluctuations in contrast to the flipping. Finally, we discuss the role of distributing delays in stabilizing of the Boolean dynamics against noise. These studies are expected to trigger additional experiments and lead to improvement of models in gene regulatory dynamics.

La recharge de l'eau souterraine est un paramètre encore peu connu du bilan hydrologique. La connaissance des processus et l'estimation précise de la recharge de l'eau souterraine est une condition préalable à une gestion efficace et durable des eaux souterraines dans les régions arides et semi-arides. En plus la recharge de l'eau souterraine est considérée comme le paramètre le plus direct avec lequel le changement climatique peut affecter les ressources renouvelables des aquifères. Les présents travaux de thèse s'intéressent à la recharge de l'aquifère alluvial de la plaine du Haouz par les crues de l'oued Rheraya (rivière intermittente), qui descend des montagnes du Haut-Atlas et traverse la plaine du Haouz du sud vers le nord. Ces travaux ont deux objectifs principaux (i) d'abord simuler le régime hydrologique de l'oued Rheraya dont les crues sont à l'origine de la recharge de l'eau souterraine, et ensuite (ii) aborder la quantification de la recharge de l'eau souterraine du Haouz par ces crues dans la zone du piémont atlasique. La modélisation des débits de l'oued Rheraya dans le Haut-Atlas marocain (225 km², altitudes comprises entre 1030 m et 4165 m) est réalisée en prenant en compte la composante nivale. Pour cela, le modèle conceptuel global GR4J est appliqué sur la période 1989-2009 en y adjoignant le module CemaNeige qui simule la dynamique de la composante neigeuse de manière semi- distribuée. La fraction enneigée simulée se révèle corrélée avec celle extraite du produit neige MODIS durant la période 2000-2009 (R2 = 0,64). De plus, l'équivalent en eau de la neige simulé est cohérent avec celui mesuré par la station automatique au sommet de l'Oukaimeden durant la période 2004-2006 (R2 = 0,81). Enfin, nous obtenons une simulation des débits qui reproduit bien la très forte variabilité saisonnière et interannuelle. En conclusion, le régime hydrologique de l'oued Rheraya est pluvio-nival avec une distribution unimodale des débits dont le maximum en avril coïncide avec la fonte des neiges. L'étude de la recharge de l'eau souterraine est effectuée à travers l'analyse du suivi des fluctuations de l'eau souterraine sous le lit de l'oued Rheraya sur deux cycles hydrologiques 2014-2015 et 2015-2016.[...] / Groundwater recharge is a little known parameter in the water balance. Knowledge of processes and accurate estimation of groundwater recharge is a prerequisite for effective and sustainable management of groundwater resources. In addition, groundwater recharge is considered the most direct parameter by which climate change affects the renewable groundwater resources. The present PhD thesis focuses on the recharge of the alluvial aquifer of the Haouz plain by the floods of the Rheraya wadi (intermittent river), which descends from the High-Atlas Mountains and crosses the southern plain towards the North. This work has two main objectives: (i) simulating the hydrological regime of the Rheraya River whose floods are at the origin of the groundwater recharge, and (ii) Quantifying the groundwater recharge by the floods of the Rheraya in the zone of the High-Atlas piedmont. The runoff modeling of the Rheraya wadi in the High-Atlas (225 km², elevations ranging between 1030 and 4165 m.a.s.l.) takes into account the snow component. For this purpose, the GR4J conceptual and global model was applied over the period 1989- 2009, coupled with the CemaNeige module for semi-distributed snow dynamics. The daily snow coverage simulated by CemaNeige is in good agreement with that extracted from the MODIS snow product in the period 2000-2009 (R² = 0,64). In addition, the simulated daily snow water equivalent is consistent with that measured at the weather station of Oukaimeden (2004-2006, R² = 0,81). Finally, the runoff simulation reproduces quite well the strong seasonal and inter-annual variability. In conclusion, the hydrological regime of the Rheraya wadi is pluvio-nival with an unimodal distribution whose maximum in April is linked with snowmelt. The study of groundwater recharge is carried out through the analysis of the monitoring of groundwater fluctuations in the streambed of the Rheraya wadi, over two hydrological cycles 2014-2015 and 2015-2016.[...]

Master of Science / Department of Biochemistry / Paul E. Smith / We are developing a force field (FF) for molecular dynamics (MD) simulations of peptides and small proteins that is grounded in the Kirkwood-Buff theory of solutions. Here we present the Kirkwood-Buff Force Field (KBFF) parameters for the aromatic amino acids, based upon simulations of binary mixtures of small molecules representative of these amino acids over their entire composition ranges (excluding Histidine). Many aromatics are not fully soluble in water, so they have instead been studied in solvents of methanol or toluene. The parameters were developed by studying the following binary solutions: Phenylalanine − benzene + methanol, toluene + methanol, and toluene + benzene; Tyrosine − toluene + phenol and toluene + p-Cresol; Tryptophan − pyrrole + methanol and indole + methanol; Histidine − pyrrole + methanol, pyridine + methanol, pyridine + water, histidine + water (at 0.25 molal), and histidine monohydrochloride + water (at 0.3 molal and 0.6 molal). Our simulations reproduce the Kirkwood-Buff integrals, which guarantees that the KBFF provides an adequate balance of solute-solvent, solute-solute, and solvent-solvent interactions. Additionally, we show that the KBFF does not sacrifice reproduction of other solution properties in order to achieve this improved description of intermolecular interactions. We present these results as validating evidence for the future use of the KBFF in simulations of peptides and small proteins.

Tyrimo objektas: Straipsniai, kurie analizuojami besiremiant atsirinktais raktiniais žodžiais, siekiant pateikti pagrindinius mokymosi neuromokslo aspektus. Tyrimo problema: Mokymosi neuromokslas, ugdymo įtaka smegenų struktūroms ir funkcijoms, ir smegenų plastiškumo ypatumai yra plačiai nagrinėjamos temos tarp užsienio mokslininkų, tačiau Lietuvoje mažai tyrinėjamos. Vis dar pastebima, kad mokymosi įstaigose per dažnai naudojamas tradicinis mokymo modelis, besimokantieji stengiasi įsiminti teikiamą informaciją ir pritaikyti įgytas žinias. Tačiau mūsų smegenys nėra pritaikytos mintinam arba tradiciniam mokymosi modeliui, į mokymosi procesą turi būti įtraukti regėjimo, klausos ir kinesteziniai pojūčiai, tam, kad smegenys būtų aktyvinamos. Tyrimo tikslas: Apžvelgti šiuolaikinę mokslinę literatūrą, apimančią neuromokslo požiūrį į žmogaus mokymosi gebėjimus. Tyrimo uždaviniai: 1. Išnagrinėti galvos smegenų plastiškumo ypatumus. 2. Išnagrinėti kaip ugdymas gali įtakoti galvos smegenų struktūras, funkcijas ir elgseną. 3. Išnagrinėti dabartinę situaciją, kas tai yra neurougdymo mokslas. 4. Panagrinėti mokymosi neuromokslo raidą ir pokyčius. 5. Išanalizuoti naujausią mokslinę literatūrą apimančią įvairių sričių neurougdymą. Tyrimo rezultatai: 1. Galvos smegenys yra labai plastiškos ir kuo jos labiau aktyvinamos, tuo labiau kinta jų struktūra. Smegenų plastiškumui įtaką daro šie veiksniai: sensorinė ir motorinė patirtis, mokymasis, natūralus atpildas, socialiniai žaidimai, senėjimas... [toliau žr. visą tekstą] / The object of the research: Articles which are analysed with reference to the selected keywords, on purpose of presenting the main aspects of studying neuroeducation. The problem of the research: Studying neuroeducation, the influence of education on brain structures and functions, and the peculiarities of brain plasticity are widely analysed topics among the foreign scientists, but in Lithuania they are little analysed. It can still be noticed that in educational institutions a traditional teaching model is used too often, the learners try remembering the given information and to apply the gained knowledge. But our brain is not adapted for the said or traditional studying model; the studying process should include the visual, auditory and kinaesthetic senses for the brain to be activated. The aim of the research: To review the modern nonfiction covering the human neuroeducation of various abilities. The tasks of the research: 1. To analyse the peculiarities of the plasticity of the brain. 2. To analyse how education can influence the structures, functions and behaviour of the brain. 3. To analyse the recent situation, what is neuroeducational science. 4. To analyse the development and changes of studying neuroscience. 5. To analyse the newest nonfiction covering human studying abilities. The results of the research: 1. After analysing the nonfiction, it is possible to define the main factors which have influence on the plasticity of the brain: sensory and motor experience... [to full text]

Tidally-induced head fluctuation is a natural phenomenon in coastal regions. The discharge of groundwater through sediments will occur anywhere that the aquifer is hydraulically connected to a surface water body and the time averaged tidally-influenced water level in the aquifer is higher than sea level, and almost all coastal regions are subject to such flow. With the development of coastal areas, the discharge of groundwater contaminants into tidally affected coastal water bodies has become a significant problem. Biota that live in the benthic region are known to be sensitive to the concentration of discharging anthropogenic chemical compounds. Thus the contaminant concentration entering the benthos is of very significant practical importance and its study is the focus of this dissertation. An investigation of the effect of tides on the concentration of groundwater contaminants discharging to a surface water body is studied using a one-dimensional homogeneous sand column. Results of the experiment are confirmed using a three-dimensional heterogeneous groundwater tank model. A constant water level is imposed upgradient, and the downgradient water level is controlled by a wave generator that controls the hydraulic head to mimic a 12 hour tidal fluctuation. The experimental results demonstrate that the tidal fluctuations in the downgradient reservoir result in a decrease in average contaminant concentration at the point of groundwater discharge to the surface-water body. The further upstream the well is located, the smaller the amplitude of the concentration oscillation. In addition, upstream migration of concentration oscillations is observed in spite of a net downgradient flow. Fourier analysis suggests that the dominant frequency of the peaks of pressure and chemical data at different locations along the length of the column is identically two cycles per day and that the amplitudes of the concentration oscillations increase with time at measurement locations at the upstream responding probes. As the classical groundwater flow and transport model cannot reproduce the phenomena we observed, an innovative multi-mobility model, is proposed with one highly mobile liquid phase, one less mobile liquid phase and a solid phase. Averaging theory is applied to develop the mass conservation equation from the microscale to the macroscale and facilitate the reduction of dimensionality to obtain one-dimensional governing equations with closure relations. A new finite volume method is utilized to solve the resulting equations. The simulation confirms the existence of the enhanced tidally-induced mixing process.