Cette thèse s'inscrit dans le cadre de l'analyse automatique de la musique.La finalité de ce champ de recherche est d'extraire des informations de la musique, ou autrement dit, de faire comprendre ce qu'est la musique à un ordinateur.Les applications sont nombreuses: fabriquer des systèmes de recommandation musicale, transcrire une partition à partir du signal ou générer automatiquement de la musique.Nous nous intéressons dans ce manuscrit à l'analyse automatique du rythme.Notre objectif est de proposer de nouvelles descriptions du rythme qui s'inspirent d'études perceptives et neurologiques.La représentation du rythme d’un signal musical audio est un problème complexe.Il ne s’agit pas simplement de détecter la position des attaques et la durée des notes comme sur une partition mais plus généralement de modéliser l’interaction temporelle entre les différents instruments présents et collaborant à l’établissement d’un rythme de manière compacte, discriminante et invariante.Nous cherchons à obtenir des représentations invariantes à certains paramètres (tels la position dans le temps, les variations faibles de tempo ou d’instrumentation) mais à l’inverse sensibles à d’autres (comme le motif rythmique, les paramètres fins d’interprétation ou le swing). Nous étudions les trois aspects fondamentaux pour la description du rythme: le tempo les déviations et les motifs rythmiques. / This thesis is within the scope of Music Information Retrieval. The goal of this research field is to extract meaningful informations from music. There are numerous applications: music recommendation systems, music transcription to a score or automatic generation of music. In this manuscript, oOur objective is to propose new rhythm descriptions inspired from perceptual and neurological studies.Rhythm representation of a musical signal is a complex problem. Detecting attack positions and note durations is not sufficient: we have the model the temporal interaction between the different instruments collaborating together to create rhythm. We try to obtain representations that are invariant to some parameters (like the position over time, the small tempo or instrumentation variations) but sensitive to other parameters (like the rhythm pattern or the swing factor). We study the three key aspect of rhythm description: tempo, deviations and rhythm pattern.

Les travaux de cette thèse s'inscrivent dans le cadre de l'extraction de connaissances et de la fouille de données appliquée à des bases de données numériques ou floues afin d'extraire des résumés linguistiques sous la forme de motifs graduels exprimant des corrélations de co-variations des valeurs des attributs, de la forme « plus la température augmente, plus la pression augmente ». Notre objectif est de les contextualiser et de les enrichir en proposant différents types de compléments d'information afin d'augmenter leur qualité et leur apporter une meilleure interprétation. Nous proposons quatre formes de nouveaux motifs : nous avons tout d'abord étudié les motifs dits « renforcés », qui effectuent, dans le cas de données floues, une contextualisation par intégration d'attributs complémentaires, ajoutant des clauses introduites linguistiquement par l'expression « d'autant plus que ». Ils peuvent être illustrés par l'exemple « plus la température diminue, plus le volume de l'air diminue, d'autant plus que sa densité augmente ». Ce renforcement est interprété comme validité accrue des motifs graduels. Nous nous sommes également intéressées à la transposition de la notion de renforcement aux règles d'association classiques en discutant de leurs interprétations possibles et nous montrons leur apport limité. Nous proposons ensuite de traiter le problème des motifs graduels contradictoires rencontré par exemple lors de l'extraction simultanée des deux motifs « plus la température augmente, plus l'humidité augmente » et « plus la température augmente, plus l'humidité diminue ». Pour gérer ces contradictions, nous proposons une définition contrainte du support d'un motif graduel, qui, en particulier, ne dépend pas uniquement du motif considéré, mais aussi de ses contradicteurs potentiels. Nous proposons également deux méthodes d'extraction, respectivement basées sur un filtrage a posteriori et sur l'intégration de la contrainte du nouveau support dans le processus de génération. Nous introduisons également les motifs graduels caractérisés, définis par l'ajout d'une clause linguistiquement introduite par l'expression « surtout si » comme par exemple « plus la température diminue, plus l'humidité diminue, surtout si la température varie dans [0, 10] °C » : la clause additionnelle précise des plages de valeurs sur lesquelles la validité des motifs est accrue. Nous formalisons la qualité de cet enrichissement comme un compromis entre deux contraintes imposées à l'intervalle identifié, portant sur sa taille et sa validité, ainsi qu'une extension tenant compte de la densité des données.Nous proposons une méthode d'extraction automatique basée sur des outils de morphologie mathématique et la définition d'un filtre approprié et transcription. / This thesis's works belongs to the framework of knowledge extraction and data mining applied to numerical or fuzzy data in order to extract linguistic summaries in the form of gradual itemsets: the latter express correlation between attribute values of the form « the more the temperature increases, the more the pressure increases ». Our goal is to contextualize and enrich these gradual itemsets by proposing different types of additional information so as to increase their quality and provide a better interpretation. We propose four types of new itemsets: first of all, reinforced gradual itemsets, in the case of fuzzy data, perform a contextualization by integrating additional attributes linguistically introduced by the expression « all the more ». They can be illustrated by the example « the more the temperature decreases, the more the volume of air decreases, all the more its density increases ». Reinforcement is interpreted as increased validity of the gradual itemset. In addition, we study the extension of the concept of reinforcement to association rules, discussing their possible interpretations and showing their limited contribution. We then propose to process the contradictory itemsets that arise for example in the case of simultaneous extraction of « the more the temperature increases, the more the humidity increases » and « the more the temperature increases, the less the humidity decreases ». To manage these contradictions, we define a constrained variant of the gradual itemset support, which, in particular, does not only depend on the considered itemset, but also on its potential contradictors. We also propose two extraction methods: the first one consists in filtering, after all itemsets have been generated, and the second one integrates the filtering process within the generation step. We introduce characterized gradual itemsets, defined by adding a clause linguistically introduced by the expression « especially if » that can be illustrated by a sentence such as « the more the temperature decreases, the more the humidity decreases, especially if the temperature varies in [0, 10] °C »: the additional clause precise value ranges on which the validity of the itemset is increased. We formalize the quality of this enrichment as a trade-off between two constraints imposed to identified interval, namely a high validity and a high size, as well as an extension taking into account the data density. We propose a method to automatically extract characterized gradual based on appropriate mathematical morphology tools and the definition of an appropriate filter and transcription.

Dans la première partie de cette thèse, nous étudierons l’impact de l’hétérogénéité tumorale sur les phénomènes d’invasion collective des cellules cancéreuses et de dissémination métastatique.L’hétérogénéité des populations cellulaires tumorales est observée dans la plupart des lésions cancéreuses solides. Cependant, son impact sur le phénomène de métastase – élément prépondérant dans l’établissement du pronostic vital du patient – demeure à ce jour mal compris. En utilisant un modèle numérique minimal de tumeur, nous avons cherché à déterminer quel était l’impact de l’hétérogénéité des propriétés mécaniques des cellules cancéreuses sur leur invasion dans les tissus sains entourant la tumeur. Nous nous sommes particulièrement intéressés aux différences de mobilité cellulaire au sein des diverses populations cellulaires composant une tumeur. Nos travaux établissent un lien de causalité entre l’hétérogénéité tumorale et la dissémination métastatique. De plus, ils permettent de reproduire un certain nombre de morphologie d’invasion cancéreuse telles que des protrusions pluricellulaires en forme de « doigts » ou d’agrégats. Nos expériences in silico démontrent que deux mécanismes complémentaires sont à l’œuvre au sein des tumeurs hétérogènes. Une faible proportion de cellules leaders, possédant une force mobile plus élevée, est capable d’initier et de diriger l’invasion cancéreuse, alors que les effets de mouvements collectifs au sein de la tumeur fournissent la coordination mécanique nécessaire à un phénomène d’invasion collectif continu. Ces résultats suggèrent que la dynamique d’invasion collective observée durant le processus de métastase est un phénomène universel. Celui-ci est propre aux populations de cellules aux propriétés mécaniques hétérogènes, et peut être décrit en se fondant sur un nombre limité d’hypothèses physiques, et ce malgré l’importante variabilité génétique et phénotypique qui caractérise les pathologies cancéreuses.Dans la seconde partie de cette thèse, nous continuerons à étudier l’impact de l’hétérogénéité des propriétés cellulaires, cette fois à l’échelle d’un organisme pluricellulaire et non pas seulement d’un tissu. Nous nous intéresserons au développement de l’amibe sociale Dictyostelium discoideum. Lorsque les amibes sont privées de nourriture, elles forment des agrégats pluricellulaires nommés slugs,dans lesquels les cellules initialement identiques se différencient et se ségrèguent en deux populations distinctes : les cellules prespores, à l’arrière, et les cellules prestalks, à l’avant. La formation de ce motif spatial est caractérisé par une homéostasie des proportions des types cellulaires, qui demeurent quasi constants malgré les variations importantes du nombre de cellules au sein des agrégats. Si différents modèles ont été proposés pour expliquer l’origine de ce phénomène, il demeurait nécessaire de mettre en place des expériences quantitatives afin de confirmer ou d’infirmer ces modèles. Dans ce but, nous avons développé et caractérisé une nouvelle souche cellulaire de Dictyostelium, AX2-PYR, utilisant des sondes fluorescentes génétiquement encodées permettant de distinguer les différents types cellulaires au sein des slugs. Nos résultats démontrent l’invariance du motif prespore/prestalk avec la taille des slugs sur quatre ordres de grandeur, et mettent en évidence l’existence d’un mécanisme actif de régulation des proportions reposant sur les communications intercellulaires. / In the first part of this thesis, we study the impact of tumour heterogeneity on cancer collective invasion and metastatic dissemination. Heterogeneity within tumour cell populations is commonly observed in most solid tumours, but its impact on metastasis, one of the primary determinants of the disease prognosis, remains poorly understood.Working with a simplified numerical model of tumour spheroids, weinvestigate the impact of mechanical heterogeneity of tumour cells on the onset of tumour invasion into surrounding tissues, focusing more particularly on the influence of differences in cell motility. Ourwork establishes a positive link between tumour heterogeneity and metastatic dissemination, and recapitulates a number of invasion patterns identified in vivo, such as multicellular finger-like protrusionsor tumour cell clusters. In our in silico experiments, we demonstrate that two complementary mechanisms are at play in heterogeneous tumours: a small proportion of stronger cells with a higher motile force are able to initiate and lead the escape from the tumour, while collective effects in the bulk of the tumour provide the coordination required to sustain the invasive process through multicellular streaming. This suggests that the multicellular dynamics observed during metastasis is a generic feature of mechanically heterogeneous cell populations and might rely on a limited and generic set of physical assumptions shared by most tumours in spite of the genetic and phenotypic variability amongst patients and pathologies.In the second part of our work, we continue to explore the impact of heterogeneity on population scale behaviours of multicellular systems, focusing on the development of the social amoeba Dictyosteliumdiscoideum. Under starvation Dictyostelium cells form multicellular aggregates named slugs where amoeba cells differentiate and segregate into two distinct spatial zones, the prespore (rear) and prestalk (front) cells regions. This developmental pattern is characterized by an homeostasis of cell-type proportions with respect to slug size and external perturbations. Different models have been proposed to explain theorigin and regulation of this pattern, but quantitative experiments were still needed to decipher between the proposed mechanisms. To quantitatively investigate cell differentiation and spatial patterning in live multicellular aggregates, we developed and characterized a new stable cell line, AX2-PYR, using genetically encoded fluorescent reporters of cell differentiation into prespore and prestalk cells. Our results demonstrate the scaling of the prespore/prestalk pattern over more than three orders of magnitude in slug size, and show the existence of a proportion regulation mechanism which might rely on cell-cell communications.

No description available.

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Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / The basic Helix-Loop-Helix (bHLH) transcription factors Hand1 and Hand2 play critical roles in the development of multiple organ systems during embryogenesis. The dynamic expression patterns of these two factors within developing tissues obfuscates their respective unique and redundant organogenic functions. To define cell lineages potentially dependent upon Hand gene expression, we generated a mutant allele in which the coding region of Hand1 is replaced by Cre recombinase. Subsequent Cre-mediated activation of β-galactosidase or eYFP reporter alleles enabled lineage trace analyses that clearly define the fate of Hand1-expressing cells. Comparisons between Hand1 expression and Hand1-lineage greatly refine our understanding of its dynamic spatio-temporal expression domains and raise the possibility of novel Hand1 functions in structures not thought to be Hand1-dependent. To genetically examine functional overlap between Hand1 and Hand2, we conditionally deleted Hand2 from Hand1-expressing cells. Hand2 conditional knockout mice die midgestation and exhibit cardiovascular and limb defects. Moreover, Hand2 lineage-restricted deletion from the proepicardial organ results in defective epicardialization and failure to form coronary arteries. Together, these novel data demonstrate a hierarchal relationship whereby transient Hand1 expression within the septum transversum defines epicardial precursors that depend upon subsequent Hand2 function.

In this thesis a novel approach in generating 3D IGP is applied using shape grammar, an effective pattern generation method. The particular emphasis here is to generate the motifs (repeat unit) in 3D using parameterization, which can then be manipulated within 3D space to construct architectural structures. Three unique distinctive shape grammar algorithms were developed in 3D; Parameterized Shape Grammar (PSG), Auto-Parameterized Shape Grammar (APSG) and Volumetric Shell Shape Grammar (VSSG). Firstly, the PSG generates the motifs in 3D. It allows one to use a single changeable regular 3D polygon, and forms a motif by given grammar rules including, Euclidean transformations and Boolean operations. Next, APSG was used to construct the architectural structures that manipulates the motif by automating the grammar rules. The APSG forms a wall, a column, a self-similarity star and a dome, the main features of Islamic architecture. However, applying Euclidean transformations to create non-Euclidean surfaces resulted in gaps and or overlaps which does not form a perfect tessellation. This is improved upon by the VSSM, which integrates two key methods, shell mapping and coherent point drift, to map an aesthetically accurate 3D IGM on a given surface. This work has successfully presented methods for creating complex intricate 3D Islamic Geometric Motifs (IGM), and provided an efficient mapping technique to form visually appealing decorated structures. / Partially funded by the Centre of Visual Computing (CVC)

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Genome-wide studies of diseases and chronic conditions frequently fail to uncover marked or consistent differences in RNA or protein concentrations. However, the developing field of kinetic proteomics has made promising discoveries in differences in the turnover rate of these same proteins, even when concentrations were not necessarily different. The situation can theoretically be modeled mathematically using bifurcation equations, but uncovering the proper form of these is difficult. To this end, we developed TWIG, a method for characterizing bifurcations that leverages information geometry to identify drivers of complex systems. Using this, we characterized the bifurcation and stability properties of all 132 possible 3- and 22,662 possible 4-node subgraphs (motifs) of protein-protein interaction networks. Analyzing millions of real world protein networks indicates that natural selection has little preference for motifs that are stable per se, but a great preference for motifs who have parameter regions that are exclusively stable, rather than poorly constrained mixtures of stability and instability. We apply this knowledge to mice on calorie restricted (CR) diets, demonstrating that changes in their protein turnover rates do indeed make their protein networks more stable, explaining why CR is the most robust way known to extend lifespan.