Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2009. / Titre de l'écran-titre (visionné le 13 janvier 2010). Bibliogr.

Thèse (Ph. D.)--Université Laval, 2009. / Titre de l'écran-titre (visionné le 24 juillet 2009). Bibliogr.

Th. doct.-ing.--Inform.--Toulouse--I.N.P., 1985. N°: 364.

Th. 3e cycle--Électronique--Grenoble--I.N.P, 1981. N°: D3 144.

La mitose est une étape clé du cycle cellulaire, très préservée chez toutes les cellules eucaryotes, durant laquelle le matériel génétique de la cellule (les chromosomes) réparti de manière égale dans les deux cellules filles. Cette équipartition du matériel génétique est cruciale pour le maintien de la stabilité génétique. Durant ce processus, les chromosomes, composés des chromatides soeurs, établissent une plaque métaphasique au centre du fuseau mitotique. Chaque chromatide est attachée à un pôle du fuseau mitotique respectif (on parle d'attachement bipolaire) vers lequel elle se dirigera durant l'anaphase. Les chromatides sont l'unité indivisible du matériel génétique durant la mitose, à l'image des atomes dans une molécule. Initialement, une fois la chromatine condensée en chromosomes, chacun de ces " objets " est détaché et réparti suivant une position précise appellée territoires chromosomiques. Toute la complexité de la mitose est de capturer chacune des chromatides et de les positionner sur la plaque métaphasique avant leur séparation et migration vers leur pôle respectif durant l'anaphase. Cette étape de la division cellulaire requiert donc non seulement un réseau complexe d'interaction et de signalisation biochimique comme dans beaucoup d'autres processus biologiques mais aussi un fin contrôle spatio-temporel du mouvement et du positionnement de ces objets de grande taille à l'échelle de la cellule. Il semblerait que l'origine du mouvement des chromosomes provienne pour une grande part de la dynamique des microtubules. Ce qui est moins certain est la part relative accordée aux différents processus régulant cette dynamique; que ce soit la dynamique intrinsèque (appelée instabilité dynamique des microtubules) ou l'effet de différentes protéines sur les microtubules comme les MAPs (Microtubule Associated Proteins) et les kinésines (protéines motrices). On notera par ailleurs que le mécanisme de transfert d'énergie entre la dynamique des microtubules et le mouvement des chromosomes est encore très largement hypothétique. La dynamique des chromosomes durant la mitose est aussi largement contrôlée par un grand nombre d'acteurs autres que les microtubules. Certains d'entre eux étant responsables de l'attachement MTs-kinétochore comme les complexes NDC80 et DAM1, tandis que d'autres sont impliqués dans la régulation de la dynamique des microtubules comme la kinésine-8 et la kinésine-13. Durant mon travail de thèse, j'ai étudié la dynamique des chromosomes en mitose chez la levure à fission, modèle celulaire dont les mécanismes primordiaux qui contrôlent la mitose sont conservés avec les eucaryotes supérieurs. En effet, j'ai caractérisé deux de ces mécanismes conservés au cours de l'évolution: l'alignement des chromosomes durant la métaphase ainsi qu'un mouvement de va et vient plus ou moins régulier le long du fuseau aussi appelé oscillation des chromosomes. J'ai montré, en analysant les trajectoires des chromosomes que ces deux processus sont pour une large part indépendants [@Mary2015]. De plus, le processus d'alignement des chromosomes, encore mal compris, est en partie contrôlé par la kinésine-8 via une activité dépendante de la longueur des microtubules. Il semblerait donc que cette kinésine soit capable de fournir une information spatiale le long du fuseau mitotique afin de positionner correctement les chromosomes. Enfin, j'ai utilisé un modèle mathématique de la ségrégation des chromosomes précédemment développé dans l'équipe afin de tester de manière quantitative les hypothèses de mécanisme du centrage des chromosomes par la kinésine-8. L'ensemble de mon travail porte donc sur le contrôle du mouvement, de l'attachement et du positionnement des chromosomes durant la mitose afin de mieux comprendre les processus biophysiques associés à la mitose. / Mitosis is a highly preserved process in all eukaryotic cells during which the genetic material (chromosomes) is divided in two parts which spread in both daughter cells. This equipartition is crucial for maintaining genetic stability. During this process, chromosomes form a metaphasic plate at the center of the mitotic spindle. Each chromatid is attached to its respective spindle pole (called bipolar attachment) toward which it will move during anaphase. Chromatids are the indivisible units of genetic material during mitosis just like atoms in a molecule. Originally each of these "\ objects\ " are detached and organized in chromosomes territories. All the complexity of mitosis resides in the capture of each chromatid by the spindle pole to exert forces to position them on the metaphase plate before their separation and migration towards their respective poles in anaphase. This step of cell division not only requires complex interaction networks and metabolic signaling pathways just like many other biological processes but also a fine spatio-temporal control of movement and positioning of these big objects relative to cell size. It is usually accepted that the origin of chromosome movement arises from microtubule dynamics. However, what is less clear is the relative importance of each of these processes regulating chromosome movement: the intrinsic dynamic instability of microtubules or the effect of their associated proteins such as MAPs and kinesins. It is also important to note that the mechanism controlling the transfer of energy between microtubule dynamics and chromosome movement is still largely hypothetical. Moreover, chromosome dynamics during mitosis is regulated by a large number of actors apart from microtubules. Some of them being responsible for MT-kinetochore attachment such as NDC80 and DAM1 complex. While others are involved in the regulation of MT dynamics such as Kinesin-8 and Kinesin-13. During my PhD, I studied fission yest chromosome dynamic during mitosis. This cellular model has the advantage of sharing many fundamental mechanisms of symmetrically dividing higher eukaryotic cells. I characterized two of these conserved mechanisms: chromosome alignment during metaphase and back and forth movement along the spindle, called chromosome oscillation. By analyzing chromosome trajectories, I showed that both processes are performed through independent mechanisms [@Mary2015]. Moreover, chromosome alignment process, which is still poorly understood, is regulated by Kinesin-8 via a length dependent activity on microtubules. This suggests that Kinesin-8 is able to provide spatial information along the mitotic spindle to properly position chromosomes. Finally, I used a mathematical model of chromosome segregation in order to test quantitatively different hypotheses of chromosome centering process. This work is thus deciphering the control of movement, attachment and positioning of chromosomes during mitosis and seeks to better understand the biophysical processes controlling mitosis.

Cette thèse porte sur les mécanismes responsables de la croissance de systèmes de volcans de boue ainsi que sur les processus qui gouvernent leur évolution de surface. L’étude s’appuie sur une analyse structurale sur données sismiques faite sur deux structures anticlinales localisées dans le NW du Bassin Sud Caspien ainsi que sur une analyse structurale de terrain approfondie couplée à une imagerie de la sub-surface des édifices par résistivité électrique ainsi que par études géochimiques d’édifices volcaniques localisés dans la continuité onshore du bassin de la Kura en Azerbaïdjan. Les volcans à morphologie de mud pie montrent une morphologie plate car leur croissance est régie par la présence d’une réserve de matériel argileux non induré en surface que l’on appelle chambre superficielle. L’arrivée de matériel depuis une source de boue peu profonde induit le gonflement de cette chambre qui, en se rééquilibrant, provoque des déformations de surface et un élargissement de l’objet selon un modèle de Pousse-Muraille. Les édifices à morphologie coniques sont liés à des zones de stockage de matériel argileux plus profondes (chambre secondaire) voire à la source de boue, la zone de fluidisation du sédiment (chambre primaire). La source de fluides (eau et gaz) et nettement démarquée de la source de boue. La sédimentation est un facteur clé dans l’évolution des systèmes de volcan de boue car elle permet de sceller les chemins de migration de fluides, relançant la formation de surpression de fluide, créant une évolution par épisodes successifs de systèmes de volcans de boue emboîtés : les complexes de systèmes de volcan de boue. / This doctoral work studies the mechanisms involved in the growth of mud volcanoes systems and the processes involved with their surface evolution. The study is based on a structural analysis using seismic data acquired on two anticlines located in the NW of the South Caspian Basin and on an extensive structural field work combined with a sub-surface imagery based on electrical resistivity and geochemical analysis on edifices located on the onshore in continuity of the Kura Basin (Azerbaijan). Mud Pie are edifices having a flat morphology induced by the occurrence of a reserve of liquid mud on surface that we call Superficial Chamber. The input of material from a shallow mud source induce the inflation of this chamber which, reaching the equilibrium, induces a compressional stress that deform the edifice and make it grow, following a model named “Pushing Walls”. Conical edifices are linked to deeper storage zones (Secondary Chamber) or even to the source of mud itself (Primary Chamber). The fluid source (water and gas) is clearly disconnected to the source of mud. Sedimentation plays a dominant role on mud volcano systems evolution allowing to seal the fluid migration paths, thus the formation of fluids overpressure, inducing an evolution by successive pulses leading to interlocked mud volcano systems: mud volcano systems complexes.

L’Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) est de nos jours un puissant outil de diagnostic grâce à sa capacité à produire des images aussi bien morphologiques que fonctionnelles. Bien que la résolution temporelle se soit améliorée avec les techniques d’imagerie rapide et parallèle, les mouvements physiologiques du type cardio-respiratoire restent gênants et dégradent la qualité des images. L’apnée et la synchronisation sont les techniques les plus couramment utilisées. Celles-ci ont des limites et restent difficiles pour certains patients. Pour mettre en oeuvre l’imagerie adaptive qui consiste à intégrer les mouvements des patients dans les processus d’acquisition et de reconstruction, nous devons disposer de capteurs de mouvements compatibles IRM donnant la meilleure représentation du mouvement des organes. Différents types de capteurs et méthodes de validations ont été développés pour intégrer ces informations externes aux algorithmes de reconstruction. Chaque capteur conçu devait être non-invasif et compatible à l’environnement IRM (champ magnétique, gradients de champ magnétique, et ondes de radiofréquences). La conception des capteurs impliquait la mise en oeuvre d’outils d’acquisition, et des méthodes de tests et de validations. Différent concepts de capteurs ont été explorés et testés. La validation finale étant faite par l’intégration des signaux à l’imagerie adaptative qui conduit à un apport au niveau de la qualité de l’image et par conséquent une amélioration du diagnostic. / Magnetic Resonance Imaging (MRI) is nowadays a powerful tool for diagnosis thanks to the ability to produce morphological and functional images. Despites of higher temporal resolution obtained with fast imaging techniques and parallel imaging, physiological movements, like the cardio-respiratory motion, are still a source of artefacts and degrade the quality of the image. Breathhold and gating/triggering are usually used to reduce the impact of this problem. For adaptive imaging, we want to take into account organs and physiological movement of the patient for the image acquisition and reconstruction process. For this reason, MRI compatible motion sensors are necessary. We have tested several types of motion sensors and developed validation methods to integrate this external information in the reconstruction algorithms. Every of the conceived sensor had to be non-invasive and compatible to the MRI environment (the magnetic field, gradients of magnetic field, and waves of radio frequencies). The conception of the sensors required the implementation of acquisition tools and validation tests and methods. Different types of sensors were investigated and tested. The final validation is made by the integration of the sensors in adaptive imaging process increasing image quality and consequently improving the diagnosis.

Cette thèse présente une nouvelle approche pour la détection de failles sismiques. Notre but est d'améliorer la qualité de détection en calculant les attributs classiques sur un support basé sur les connaissances a priori des objets. Plusieurs supports sont considérés : le filtrage linéaire utilisant des segments de longueur fixe et de direction variable, ainsi qu’un algorithme stochastique : les processus objet. Pour simuler ces processus, on propose deux modèles : soit utilisant une chaîne de segments, soit utilisant une courbe pour décrire une faille. Une des intérêts de cette méthode est qu’elle offre la possibilité d’utiliser un support commun pour les différents détecteurs de failles. On peut donc envisager un système pour fusionner les différents attributs utilisant les processus objet. / This thesis presents a new approach for seismic fault detection. Its goal is to increase the detection accuracy by computing some classical attributes on a support founded on an a priori knowledge about the faults. Several forms of support are proposed: a linear filtering method using fixed length segments of variable direction, respectively using a stochastic algorithm: the marked point processes. To simulate this process we propose two object models, using a network of connected linear segments and a more complex curved support which aims to describe each fault using one object. One interest of this approach is the possibility of using a common support for different fault detection operators. Then a whole detection framework can be proposed which acts like a decision fusion process.

Le rythme thêta est un rythme cérébral associé à l’activité locomotrice et au sommeil paradoxal. Bien que son implication dans la communication entre régions du cerveau et processus mnésiques ait largement été démontrée, il persiste un manque de données extensives dû à la difficulté d’imager l’ensemble de l’activité cérébrale dans des conditions naturelles de locomotion et d’exploration. Dans cette thèse, j’ai développé une approche qui combine l’enregistrement des potentiels de champs locaux à l’imagerie ultrasonore fonctionnelle (fUS) sur l’animal en mouvement libre. Pour la première fois, j’ai pu révéler les réponses hémodynamiques associées au rythme thêta dans la plupart des structures du système nerveux central avec de bonnes résolutions spatiale (100 x 100 x 400 μm) et temporelle (200 ms). Pendant la locomotion et le sommeil, les variations hémodynamiques de l’hippocampe, du thalamus dorsal et du cortex (rétrosplenial, somatosensoriel) corrèlent fortement avec la puissance instantanée du signal thêta hippocampique, avec un décalage temporel variant de 0.7 s à 2.0 s selon les structures. De manière intéressante, les rythmes gamma hippocampiques moyen (55-95 Hz) et rapide (100-150 Hz) expliquent la variance des signaux hémodynamiques mieux que le seul rythme thêta, alors que le rythme gamma lent (30-50 Hz) est non pertinent. L’hyperémie fonctionnelle de l’hippocampe suit séquentiellement la boucle tri-synaptique (gyrus denté - région CA3 - région CA1) et se renforce considérablement à mesure que la tâche progresse. Lors du sommeil paradoxal, j’ai observé une hyperémie tonique globale ainsi que des activations phasiques de grande amplitude initiées dans le thalamus et terminant dans les aires corticales, que nous avons appelées “poussées vasculaires”. De fortes bouffées d’activité gamma rapide (100-150 Hz) précèdent de manière robuste ces poussées vasculaires, l’inverse n’étant pas vrai. Dans l’ensemble, ces résultats révèlent la dynamique spatio-temporelle des signaux hémodynamiques associés à la locomotion et au sommeil paradoxal et suggèrent un lien fort entre rythmes thêta, gamma rapide et activité vasculaire globale / Theta rhythm is a prominent oscillatory pattern of EEG strongly associated with active locomotion and REM sleep. While it has been shown to play a crucial role in communication between brain areas and memory processes, there is a lack of extensive data due to the difficulty to image global brain activity during locomotion behavior. In this thesis, I developed an approach that combines local field potential recordings (LFP) and functional ultrasound imaging (fUS) to unrestrained rats. For the first time, I could image the hemodynamic responses associated with theta rhythm in most central nervous system (CNS) structures, with high spatial (100 x 100 x 400 μm) and temporal (200 ms) resolutions. During running and REM sleep, hemodynamic variations in the hippocampus, dorsal thalamus and cortices (S1BF, retrosplenial) correlated strongly with instantaneous theta power, with a delay ranging from 0.7 to 2.0 s after theta peak. Interestingly, mid (55-95 Hz) and high gamma (100-150 Hz) instantaneous power better explained hemodynamic variations than mere theta activity, while low-gamma (30-50 Hz) did not. Hippocampal hyperaemia followed sequentially the trisynaptic circuit (dentate gyrus - CA3 region - CA1 region) and was considerably strengthened as the task progressed. REM sleep revealed brain-wide tonic hyperaemia, together with phasic high-amplitude vascular activation starting in the dorsal thalamus and fading in cortical areas, which we referred to as “vascular surges”. Strong bursts of hippocampal high gamma (100-150 Hz) robustly preceded these surges, while the opposite was not true. Taken together, these results reveals the spatio-temporal dynamics of hemodynamics associated with locomotion and REM sleep and suggest a strong link between theta, high-gamma rhythms and brain-wide vascular activity.

Cette thèse a pour objectif de parvenir à une estimation automatisée des contours du ventricule gauche sur des images IRM en coupes petit-axe, nécessitant un minimum d’interventions de la part de l’utilisateur. En s’appuyant sur une approche semi-automatique récemment développée, une méthode entièrement automatique est proposée, reposant sur la localisation des structures cardiaques et la création d’une région d’intérêt autour du ventricule gauche, puis la segmentation de sa cavité. L’algorithme a été développé en prenant en compte des connaissances anatomiques et fonctionnelles sur le cœur : les caractéristiques temporelles du battement cardiaque, la pseudo-circularité des coupes petit-axe du ventricule gauche, la continuité 3D qui ont été combinées à l’intensité dans les images. La segmentation utilise une approche fondée sur les contours actifs combinée à un filtrage morphologique qui améliore la robustesse de la segmentation vis-à-vis des hétérogénéités au sein de la cavité. Le travail réalisé avec le groupe MedIEval (MedicalImaging Evaluation) a permis de comparer les deux méthodes avec 6 autres méthodes, dont 3 tracés d'experts. Une classification par une approche d’évaluation sans référence a été appliquée à la fraction d’éjection estimée par les 8 méthodes. Enfin, la méthode de segmentation proposée a été utilisée systématiquement dans une étude de recherche clinique combinant l’étude de la contraction régionale et la quantification de la transmuralité de l’infarctus du myocarde. Ces travaux ouvrent des perspectives, sur l’automatisation de la segmentation du ventricule droit et l’estimation d’une forme mutuelle robuste à partir de plusieurs segmentations. / The aim of this work is to perform an automated segmentation of the Left Ventricle on short-axis cardiac MR images with as few user interactions as possible. Based on a recently developed semi-automated segmentation method, a fully automated segmentation method is proposed that includes three main steps: the heart localization, the definition of a region of interest around the left ventricle, and finally its segmentation. The algorithm developed here takes into account anatomic and functional a priori information such as the temporal features of the heartbeat, the pseudo-circular shape of the LV, and the 3D continuity, combined with the image intensity features. The segmentation process is achieved using deformable models combined with morphological filters, which improve the model performances when dealing with heterogeneous gray levels within the cavity. The work achieved within the MedIEval group (Medical Imaging Evaluation) allowed to compare both proposed methods with 6 other methods, including 3 manual delineations by experts. In particular, an approach for ranking segmentation methods without using a gold standard was applied to the ejection fractions estimated by the 8 methods. Finally, the proposed segmentation method was used in a clinical research work about the regional contraction and thequantification of the myocardial infarction extent.Future work includes the automated segmentation of the right ventricle as well as the estimation of a robust mutual shape from several segmentation methods.