Le travail présenté dans cette thèse vise à nous amener à une meilleure compréhension des relations fines entre ce que nous expérimentons phénoménologiquement sous la forme d'états mentaux, et les effets sous-jacents et potentiellement causaux sur l'activité neuronale. Afin d'étendre notre compréhension scientifique de l'expérience consciente, nous avons d'abord mis l'accent sur un phénomène appelé la pensée spontanée ou vagabondage de l'esprit. Notre paysage intérieur est un aspect essentiel et complexe de notre expérience humaine, avec des recherches suggérant que les gens sont engagés dans une forme de dialogue intérieur sans rapport avec leur environnement immédiat 50% de leur temps de veille. De plus, le vagabondage de l'esprit a constamment été associé à un affect négatif, même lorsque son contenu est positif. Il est alors intéressant de noter que les fondements de la plupart des pratiques méditatives et contemplatives sont la formation de l'observation flexible et continue des états mentaux et de l'expérience sensorielle, le développement d'une attention soutenue et la culture de la conscience métacognitive. Étant donné que nous ne sommes généralement pas au courant de la fluctuation temporelle de ces états mentaux dans le temps (vagabondage de l'esprit), les méditants sont des sujets idéaux pour obtenir de manière précise des rapports phénoménologiques et des descriptions des états à la première personne. Ainsi, nous avons conçu un paradigme nouveau basé sur présentation de sondage d'expérience aux méditants afin de mieux comprendre les mesures dynamiques de l'EEG (Electroencéphalographie) pendant la méditation. Nos résultats suggèrent que la pratique experte de méditation est associée à une fréquence atténuée de la pensée spontanée et que l'entraînement à la méditation réduit par la suite la susceptibilité de l'esprit à errer, menant à des périodes d'absorption méditative rapportées comme étant plus longues. Les augmentations de l'activité thêta (4-7 Hz) sur les régions thêta frontales médianes ainsi que l'activité alpha (9-12 Hz), principalement focalisée sur le cortex somatosensoriel, semblent être des marqueurs d'états méditatifs soutenus par rapport au vagabondage mental. Sur la base de la robustesse de l'activité thêta de la ligne médiane frontale chez les méditants avancés, ainsi qu'une multitude de résultats démontrant que l'activité thêta frontale serait le pilier du contrôle cognitif via l'intégration et l'échange d'informations de longue portée, nous avons développé un protocole de neurofeedback méthodologiquement nouveau et exhaustif dans le but d'entraîner l'activité thêta (3.5-6.5 Hz) de la ligne médiane frontale Fz, en donnant comme instruction à nos sujets de s'engager dans des techniques de respiration et de relaxation similaires à la méditation. Nous avons constaté que les sujets qui ont reçu le vrai neurofeedback ont été capables de moduler significativement leur activité thêta Fz (3-7 Hz) à travers huit séances de neurofeedback par rapport aux sujets contrôles qui ont reçu un feedback apparié. Nous avons également observé des modulations significatives dans les bandes de fréquences alpha (9-11 Hz) et bêta (13-20 Hz) chez les sujets qui ont reçu l'entraînement réel de neurofeedback, ainsi que des améliorations sur plusieurs mesures des fonctions exécutives. Nos résultats réduisent davantage l'écart explicatif en reliant caractéristique neurophysiologique et données à la nature phénoménologique de notre experience. / The work presented in this thesis aims to extend our scientific understanding of the subtle relationships between our phenomenological experience of specific states of consciousness, and the corresponding and potentially causal effects on neural activity. In our first experiment, we focused on a phenomenon referred to as spontaneous thought or mind wandering. Our vastly complex inner landscape is an essential aspect of our conscious experience, with research suggesting that people are engaged in some form of inner dialogue unrelated to their surroundings 50% of waking hours. These ongoing trains of thought have been consistently linked to reports of negative affect, even when the specific content is positive. Interestingly, the cornerstones of most meditation and contemplative practices are; a) training the continuous and flexible monitoring of mind wandering and sensory experience, b) the cultivation of sustained attention, and c) enhanced metacognitive awareness. Given that we are generally unaware of mind wandering when it occurs, meditation practitioners may provide more accurate first person phenomenological reports and descriptions of these temporally fluctuating states given their respective training. Thus, we designed a novel paradigm based on experience sampling probe presentations to gain insight into the dynamic measures of mental activity and EEG during meditation. Our findings suggest that meditation expertise is associated with an attenuated frequency of mind wandering, and that meditation training reduces the susceptibility of the mind to wander subsequently leading to longer periods of reported meditative absorption. Increases in theta activity (4-7 Hz) over frontal midline regions of the cortex, and alpha activity (9-12 Hz) primarily focused over the somatosensory cortex, appear to be markers of sustained meditative states when compared to mind wandering. Based on the robustness of the frontal midline theta in advanced meditators, alongside a multitude of findings demonstrating that frontal theta may serve as the backbone for cognitive control via long range information integration in neural networks throughout the brain, we then developed a methodologically novel and exhaustive neurofeedback protocol with the aim of training frontal midline theta (3.5-6.5 Hz at electrode site Fz) by means of instructing our subjects to engage in focused breathing and other techniques similar to meditation. After eight training sessions, we found that subjects who received real neurofeedback were able to significantly modulate and increase theta activity (3-7 Hz) over frontal regions, whereas subject's receiving age and gender matched sham (pseudo) feedback were not. We additionally observed significant modulations in both the alpha (9-11 Hz) and beta bands (13-20 Hz) in subjects who received real neurofeedback training. Together, these findings provide evidence that we can successfully connect neurophysiological features and data to the phenomenological nature of our subjective experience.

Le travail de la thèse est constitué de deux parties indépendantes traitant toutes les deux du comportement de solutions d’équations différentielles partielles. On s’intéressera dans un premier temps aux fonctions orthogonales positives à certains espaces puis à quelques résultats de type « Ingham ». L’existence ou non de fonctions orthogonales positives à certains espaces de fonctions quasi-périodiques a d’importantes implications, en particulier pour l’étude du comportement oscillatoire des solutions d’équations de membranes vibrantes. On se propose ici de clarifier la situation d’un sous-espace défini par trois périodes et de donner des pistes de réflexion pour le cas de quatre périodes ou plus. On peut utiliser les séries de Fourier non harmoniques pour résoudre certains problèmes de contrôle en utilisant des variantes du théorème d’Ingham. On s’intéressera spécifiquement ici aux problèmes que pose la version vectorielle de ce théorème. / The existence or non-existence of positive orthogonal functions for subspaces of almost periodical function has important applications in studying the oscillatory behavior of vibrations. Cazenave, Haraux and Komornik have obtained many theorems of this type. The purpose of this work is to answer an open question formulated in the 1980’s, and to completely clarify the situation for subspaces defined by three periods. We also give some results for subspaces defined by more periods than three periods. We also prove some vectorial result for Ingham type theorems.

Depuis la confirmation de l’existence du boson de Higgs et avec l’absence de signes de nouvelle physique au LHC, les oscillations des neutrinos sont parmi les seules à offrir des perspectivesd’observation et de mesure de phénomènes de nouvelle physique au delà du modèle standard.Le premier chapitre de cette thèse introduit le concept d’oscillation de saveur des neutrinospuis décrit l’état de l’art des connaissances ainsi que les perspectives expérimentales pour mesurer ou observer les pièces manquantes.Pour obtenir des résultats significatifs, ces futures expériences auront besoin de pouvoir profiter d’une meilleure compréhension des processus d’interaction des neutrinos. Le second chapitre décrit ces interactions d’un point de vu théorique.Le troisième chapitre présente l’expérience T2K ainsi que ses résultats sur les oscillationsdes neutrinos. Le quatrième décrit plus précisément le détecteur proche de T2K (ND280) etl’usage qu’on en fait dans les analyses d’oscillations.La couverture angulaire de la sélection des interactions dans le détecteur proche de T2K estlimitée par rapport à celle, complète, du détecteur lointain. Le chapitre 5 décrit deux sélections visant à améliorer cette couverture, ainsi que celle utilisée pour réaliser, dans le cadre de cette thèse, la mesure de la section efficace d’interaction des neutrinos muoniques par courant chargé sur le carbone sans production de pions dans l’état final.Le chapitre 6 décrit cette mesure, conçue pour ne pas dépendre de modèles théoriques d’interaction, et réalisée pour la première fois en fonction du nombre de protons éjectés et de leur cinématique. Les résultats sont montrés dans le chapitre 7. / Since the Higgs boson discovery and the absence of hints pointing to new physics at the LHC, neutrinos oscillations are one of the only perspectives to observe new physics phenomenon beyond the standard model. The first chapter of this thesis introduces the concept of neutrino flavour oscillation before describing the state of the art knowledges as well as the experimental perspectives of observing or measuring the missing parts.To obtain significant results, those future experiments will need a better understanding of neutrino interactions. The second chapter describes these interactions from a theoretical point of view. The third one describes the T2K experiment and its main results on neutrino oscillations. Chapter four focus on the T2K near detector (ND280) and on how it is used within neutrino oscillations analysis. The angular acceptance of the current ND280 selection is limited compared to the far detector one. Chapter 5 describes two selections developed in order to improve this angular acceptance. This chapter also describes the selection used to carry out this thesis main work : the cross-section measurement of muon neutrino charged current interactions on Carbon, with no pions in the final state and as a function of the outgoing particles multiplicity and kinematics. Chapter six describes this measurement, designed to be as model independent as possible, and made for the first time as a function of the protons multiplicity and of their kinematic. The results are shown in chapter seven.

This thesis considers the control of combustion oscillations, motivated by the susceptibility of lean premixed combustion to such oscillations, and the long and expensive development and commissioning times that this is giving rise to. The controller used is both closed-loop, employing an actuator to modify some system parameter in response to a measured signal, and adaptive, meaning that it is able to maintain control over a wide range of operating conditions. The controller is applied to combustion systems with annular geometries, where instabilities can occur both longitudinally and azimuthally, and which require multiple sensors and multiple actuators for control. One of the requirements of Lyapunov-based adaptive control which is particularly troublesome for combustion systems is then addressed: that the sign of the high-frequency gain of the open-loop system is known. We address it by using an adaptive controller which employs a Nussbaum gain, and successfully apply it experimentally to combustion oscillations in a Rijke tube. Another type of fluid-acoustic resonance is then considered: the compressible flow past a shallow cavity. We start by finding a linear model of the cavity flow's dynamics, or its 'transfer function', which we identify from direct numerical simulations. We compare this measured transfer function to that given by a conceptual model which is based on the Rossiter mechanism, and which models each component of the flow physics separately. We then look at using closed-loop control to eliminate these cavity oscillations. We start by designing a robust H₂ controller based on a balanced reduced order model of the system, the model being provided by the Eigensystem Realization Algorithm (ERA). The robust controller provides closed-loop stability over a much wider Mach number range than seen in previous studies. Finally, we look at the suitability of the adaptive controller, earlier developed for combustion oscillations, for the cavity. Based on some general properties of the cavity flow, and by using collocated control, the oscillations are eliminated at all Mach numbers tested in the range 0.4 ≤ M ≤ 0.8.

Les neutrinos sont les particules fondamentales de matière les plus abondantes dans l’univers. Ils ont été détectés pour la première fois en 1956. Depuis lors, plusieurs expériences ont tenté de percer leurs mystères. Ils n’interagissent que par interaction faible, ils sont donc difficiles à détecter. On sait aujourd’hui qu’ils ont une masse très faible, et qu’ils peuvent osciller entre trois saveurs leptoniques. Cependant, de nombreuses questions perdurent sur leur masse, leur nature ou encore l’existence de neutrinos stériles. Cette thèse appréhende ces deux dernières questions à l’aide de deux expériences différentes : SuperNEMO et SoLid. Le but de l’expérience SuperNEMO est de rechercher la nature du neutrino, c’est-à-dire s’il est sa propre anti-particule (particule de Majorana) ou non (particule de Dirac). Pour cela, on cherche à détecter des doubles désintégrations bêta sans émission de neutrinos car ce processus n’est possible que si les neutrinos sont des particules de Majorana. Des feuilles sources de l’émetteur double bêta ⁸²Se seront installées au centre du démonstrateur SuperNEMO qui est actuellement en construction au Laboratoire Souterrain de Modane. Ce détecteur est composé d’une chambre à fils pour détecter les traces des deux électrons émis lors des désintégrations et d’un calorimètre pour mesurer leurs énergies. La mesure de la double désintégration bêta sans émission de neutrinos est très compliquée car si ce processus existe, il est extrêmement rare. Par conséquent, un travail important est fait pour réduire le bruit de fond des rayons cosmiques ou de la radioactivité naturelle. Dans cette thèse, des simulations des différents bruits de fonds ont été faites pour comprendre leur impact sur la mesure de l’énergie des électrons issus de la double désintégration bêta du ⁸²Se. Il est montré que la radioactivité du verre des photomultiplicateurs ne sera pas négligeable mais qu’elle pourra être mesurée précisément dans certains canaux d'analyse. Des feuilles de cuivre ont aussi été simulées à la place des sources de ⁸²Se pour montrer qu’elles peuvent aider à contrôler le bruit de fond efficacement. Suite à ces travaux, il a été décidé d’installer des feuilles de cuivre parmi les sources de ⁸²Se. La deuxième expérience sur laquelle porte cette thèse est l’expérience SoLid qui cherche à prouver l’existence de neutrinos stériles. Plusieurs anomalies expérimentales pourraient être expliquées par des oscillations d'antineutrinos de réacteurs vers des neutrinos stériles. Le détecteur SoLid cherche à mettre en évidence un signal d'oscillation auprès du réacteur BR2 en Belgique en mesurant le flux d’antineutrinos en fonction de leur énergie et de la distance parcourue, grâce à une grande segmentation. La détection des antineutrinos de réacteur se fait par désintégration bêta inverse. L’interaction d’un antineutrino se traduit donc par l’émission en coïncidence d’un positron et d’un neutron. Les positrons sont détectés dans des cubes de plastique scintillant en PVT et les neutrons sont détectés par des feuilles de ⁶LiF:ZnS posées sur chacun des cubes. Un premier prototype, SM1, a montré l’intérêt de cette technologie notamment pour discriminer les bruits de fonds. Une partie des travaux de cette thèse a consisté à développer et exploiter un banc de test afin d'optimiser la collection de lumière du détecteur pour améliorer la résolution en énergie de SoLid. En testant différents matériaux et différentes configurations du détecteur, les mesures sur le banc de test ont montré qu’une résolution en énergie de 14 % pouvait être atteinte pour le détecteur SoLid (contre 20 % pour le prototype SM1). Les améliorations proposées ont été prises en compte dans la construction du détecteur SoLid qui s’est achevée en 2017. Une analyse des premières données du détecteur est également présentée pour montrer la sensibilité de SoLid à la détection des antineutrinos de réacteur. / Neutrinos are the most abundant fundamental particles of matter in the Universe. They were detected for the first time in 1956. Since then, several experiments have tried to unveil their mysteries. They only interact weakly so they are difficult to detect. It is known that their masses are very low and that they can oscillate between three leptonic flavours. However, several questions remain about their masses, their nature or the existence of sterile neutrinos. This thesis addresses the last two questions with two different experiments: SuperNEMO and SoLid. The goal of the SuperNEMO experiment is to understand the nature of neutrinos, whether it is its own antiparticle (Majorana particle) or not (Dirac particle). This is investigated by searching for neutrinoless double beta decay as this process is possible only if neutrinos are Majorana particles. Source foils of the double beta emitter ⁸²Se are installed at the center of the SuperNEMO demonstrator which is being assembled at the Modane Underground Laboratory. This detector is composed of a wire chamber to detect the tracks of the two electrons emitted in the decays and a calorimeter to measure their energies. Neutrinoless double beta decay measurement is very difficult because if this process exists, it is extremely rare. An important work has thus to be done to decrease backgrounds from cosmic rays or natural radioactivity. In this thesis, different backgrounds have been simulated to understand their impact on the measurement of the energy of the two electrons from ⁸²Se double beta decay. It is shown that radioactivity from photomultipliers glasses will not be negligible but it will be possible to measure it precisely in dedicated channels. Copper foils have also been simulated in the source strips to demonstrate that they can help to control efficiently the backgrounds. Following this work, it has been decided to install copper foils in addition to ⁸²Se foils. The second experiment investigated in this thesis is the SoLid experiment which is looking for the existence of sterile neutrinos. Several experimental anomalies could be explained by oscillations of reactor antineutrinos toward sterile neutrinos. The SoLid detector is looking for an oscillation signal at the Belgian BR2 reactor by measuring the antineutrino flux as a function of their energy and their traveling distance thanks to a fine segmentation. The reactor antineutrinos are detected via inverse beta decay. The antineutrino interaction signal is thus the emission in coincidence of a positron and a neutron. Positrons are detected by plastic scintillator cubes in PVT and neutrons are detected by ⁶LiF:ZnS sheets placed on 2 faces of each cube. A first prototype, SM1, has demonstrated the advantages of this technology, particularly to discriminate backgrounds. A part of the work of this thesis consisted in developing and exploiting a test bench to optimize the light collection of the detector in order to improve the energy resolution of the SoLid detector. By testing different materials and configurations, the test bench measurement demonstrated that an energy resolution of 14 % can be achieved for SoLid phase I, while it was 20 % for the SM1 prototype. The improvements proposed have been taken into account for the SoLid detector construction that was achieved in 2017. An analysis of the first detector data is also presented to show SoLid sensitivity to reactor antineutrino detection.

Avec l'avènement de l'"intelligence artificielle", les ordinateurs, appareils mobiles et objets connectés sont amenés à dépasser les calculs arithmétiques et logiques pour lesquels ils ont été optimisés durant des décennies, afin d'effectuer des tâches "cognitives" telles que la traduction automatique ou la reconnaissance d'images et de voix, et pour lesquelles ils ne sont pas adaptés. Ainsi, un super-calculateur peut-il consommer des mégawatts pour effectuer des tâches que le cerveau humain traite avec 20 watt. Par conséquent, des système de calcul alternatifs inspirés du cerveau font l'objet de recherches importantes. En particulier, les oscillations neurales semblant être liées à certains traitements de données dans le cerveau ont inspiré des approches détournant la physique complexe des réseaux d'oscillateurs couplés pour effectuer des tâches cognitives efficacement. Cette thèse se fonde sur les avancées récentes en nano-technologies permettant la fabrication de nano-oscillateurs hautement intégrables pour proposer et étudier de nouvelles architectures neuro-inspirées de classification de motifs exploitant la dynamique des oscillateurs couplés et pouvant être implémentées sur puce. / With the advent of "artificial intelligence", computers, mobile devices and other connected objects are being pushed beyond the realm of arithmetic and logic operations, for which they have been optimized over decades, in order to process "cognitive" tasks such as automatic translation and image or voice recognition, for which they are not the ideal substrate. As a result, supercomputers may require megawatts to process tasks for which the human brain only needs 20 watt. This has revived interest into the design of alternative computing schemes inspired by the brain. In particular, neural oscillations that appear to be linked to computational activity in the brain have inspired approaches leveraging the complex physics of networks of coupled oscillators in order to process cognitive tasks efficiently. In the light of recent advances in nano-technology allowing the fabrication of highly integrable nano-oscillators, this thesis proposes and studies novel neuro-inspired oscillator-based pattern classification architectures that could be implemented on chip.

La compréhension des mécanismes cérébraux régulant la prise alimentaire est devenue cruciale face à la pandémie mondiale d’obésité. L’ingestion d’aliments est sous le contrôle d’un large réseau de structures cérébrales qui régulent la balance énergétique en régulant l’apport de nourriture et la dépense énergétique. Etant donné l’importance de l’olfaction dans l’appréciation des aliments, il est primordial d’identifier des mécanismes précis liant olfaction et nutrition.Nous avons choisi d’étudier l’activité dans le Bulbe Olfactif principal (BO), la première structure cérébrale qui permet la représentation spatiotemporelle des odeurs. De façon intéressante, des récepteurs aux hormones anorexigènes et orexigènes sont exprimés à la fois dans l’hypothalamus et le BO. Toutefois, l’impact de la leptine (et de l’obésité) sur l’activité du BO in vivo demeure inconnu.Pour évaluer l’action de la leptine et de l’obésité sur la plasticité olfactive, nous avons choisi le modèle murin ob/ob. Nous avons d’abord décrit la répartition spatiale de l’activité dans le BO en réponse à une odeur alimentaire et à une odeur neutre chez ces souris en les comparant à des souris témoins grâce une technique de neuroimagerie fonctionnelle, l’Imagerie par Résonance Magnétique renforcée au Manganèse (MEMRI). Par le développement d’une méthode de comparaison statistique indépendant de l’utilisateur, le SPM (Statistical Parametric Mapping), nous avons mis en évidence une augmentation de l’activité spontanée et de l’activité induite par odeur alimentaire dans le BO des ob/ob. Cependant, l’activité induite par une odeur neutre n’était pas plus élevée. L’injection de leptine a pour résultat d’augmenter le signal MEMRI dans les couches profondes du BO et ne restaure que partiellement l’activité des ob/ob. En quantifiant la neurogenèse dans le BO par injections de BrdU, nous avons mis en évidence une survie accrue des cellules granulaires et périglomerulaires chez les ob/ob.Pour évaluer la dynamique temporelle de l’activité du BO, nous avons enregistré par électrophysiologie les variations de l’activité oscillatoire du potentiel de champ local dans les couches profondes du BO pendant l’apprentissage d’une tâche de discrimination olfactive, le Go/NoGo. L’apparition d’une oscillation lente dite bêta (15-40 Hz) pendant cet apprentissage est un marqueur fonctionnel de l’état du réseau olfactif. Elle est dépendante des retours centrifuges provenant du cortex olfactif, majoritairement du cortex piriforme. Si nous n’avons pas observé de différence importante dans la discrimination olfactive, nous avons en revanche mis en évidence un problème motivationnel chez les animaux ob/ob, qui n’effectuaient la tâche que si la récompense hydrique contenait du sucre. Nos enregistrements montrent une forte augmentation des oscillations bêta chez les souris obèses après apprentissage comparé aux souris témoins. / Olfaction makes possible both the detection and the processing of odors related to food location and palatability. Interestingly, receptors to anorexigen and orexigen hormones and neuropeptides found in the hypothalamus are also expressed in the main olfactory bulb (MOB), suggesting that feeding state has an impact on odor representation. However, neuronal mechanisms linking olfaction, food intake and metabolic disorders are still unclear. In this PhD thesis, we wanted to further understand mechanisms of the olfactory-feeding crosstalk and tested the effects of obesity on olfactory activity in the MOB. Leptin, a peptidergic hormone produced by adipocytes, is a major regulator of the energy balance and inhibits food intake. Ob/ob mice are deficient in leptin from birth and are widely used as a murine model of obesity. We used a functional neuroimaging technique, Manganese Enhanced Magnetic Resonance Imaging (MEMRI), in association with statistical parametric mapping (SPM) to monitor food odor-evoked spatial activity in the MOB of these mice. Using MEMRI, we found that odor-evoked signal is different, both in terms of intensity and localization between lean and ob/ob mice for the spontaneous activity and in response to food odor. However, this is not the case for a neutral odor. Moreover, leptin impacts both spontaneous activity and food odor-evoked signal intensity in both groups. Interestingly leptin strongly activates deep layers (mitral cell layer and mainly granule cell layer) of the MOB. To pinpoint what cellular/molecular mechanisms can be responsible for these changes in the spatial distribution of activity, we analyzed the effects of the lack of leptin on the composition and activity of the MOB cellular network.We quantified bulbar adult neurogenesis and found that 21 days after BrdU injections, a cell birth marker, ob/ob mice showed an increased number of both new periglomerular and granular cells as compared to control, suggesting that leptin regulates new neuron elimination. We also tested whether an inflammation could be occurring in the MOB. Using RTPCR of different neuronal and glial markers we did not observe strong signs of inflammation. Then we probed changes in local network activity in the deep layers of the MOB by recording local field potentials during a Go/NoGo odor discrimination task. We observed that the power of beta oscillations, the functional marker of the olfactory network between the MOB and the olfactory cortex, is way higher in the MOB of ob/ob mice compared to control mice.

Les états de veille sont composés d’états cérébraux distincts, corrélés avec différents comportements et caractérisés par des oscillations spécifiques observables dans le potentiel de champ local (Local Field Potential, LFP). Bien que les différents états cérébraux et leur signature dans le LFP aient été caractérisés, les mécanismes cellulaires sous-jacents restent à ce jour peu connus. Des changements des propriétés de neurones uniques seraient corrélés avec, et pourraient participer à la génération de ces changements d’états cérébraux. L’activité coordonnée et synchronisée de neurones facilite certains processus cognitifs tels que la mémoire. L’hippocampe joue un rôle essentiel dans les mémoires spatiale et épisodique, et dans l’hippocampe, CA3 est important pour la formation d’associations facilitant l’encodage rapide de la mémoire. De plus, les informations provenant du cortex entorhinal, du gyrus denté, et de CA3 même sont comparées et intégrées dans CA3 avant d’être transmises à CA1. Lors de périodes de repos, le LFP hippocampique présente une activité large et irrégulière (Large Irregular Activity, LIA), ponctuée par des oscillations plus rapides, les sharp-wave ripples, jouant un rôle dans la consolidation de la mémoire. Lors de périodes exploratoires, le LFP hippocampique oscille aux fréquences theta (6-12 Hz) et gamma (30-100 Hz). Les cellules pyramidales (CP) de CA3 jouent un rôle important dans chacun de ces états ; elles sont nécessaires pour les sharp wave lors de périodes de repos, et les oscillations gamma lors de comportements exploratoires. Dans le but d’étudier les modulations intracellulaires des CP de CA3, nous avons réalisé des enregistrements de patch-clamp en configuration cellule entière chez l’animal éveillé. Nous avons associé ces enregistrements avec des mesures du diamètre pupillaire et de la vitesse de locomotion de l’animal, ainsi qu’avec l’enregistrement de l’activité oscillatoire du LFP dans l’hippocampe. Nos résultats montrent que certaines CP de CA3 sont sensibles à la modulation intracellulaire lors de différents rythmes hippocampiques, et ont tendance à diminuer leur potentiel de membrane moyen, leur excitabilité, leur variance et leur décharge de potentiel d’action lors des oscillations theta par rapport aux périodes de LIA. De futures études permettront de déterminer si ces changements sont dus à des changements d’entrées synaptiques et/ou de neuromodulateurs. Ces modulations pourraient jouer un rôle dans l’émergence des rythmes oscillatoires du LFP, et permettre à CA3 de réaliser différentes fonctions mnésiques à différents moments. / Wakefulness is comprised of distinct brain states, correlated with different behaviors and characterized by specific oscillatory patterns in the local field potential (LFP). While much work has characterized different brain states and their LFP signatures, the underlying cellular mechanisms are less known. Changes in single cell properties are thought to correlate with and possibly result in these changes in brain state. Synchronized and coordinated activity among distributed neurons supports cognitive processes such as memory. The hippocampus is essential for spatial and episodic memory, and within the hippocampus, area CA3 is important for rapid encoding of one-trial memory. Additionally, CA3 is the site where information from the entorhinal cortex, dentate gyrus, and CA3 itself is compared and integrated before output to CA1. During quiet wakefulness, the hippocampal LFP displays large irregular activity (LIA) punctuated by sharp-wave ripples, which play a role in memory consolidation. During exploratory behaviors, hippocampal LFP oscillates at both theta and gamma frequencies. CA3 pyramidal cells (PCs) play an important role in each of these brain states; they are necessary for both sharp waves during quiet wakefulness and for gamma oscillations during exploratory behavior. We explored the changes that occur in the intracellular dynamics of CA3 PCs during changes in brain state, by using whole-cell patch-clamp recordings from CA3 PCs in awake head-fixed mice. We combined those recordings with measurements of pupil diameter, treadmill running speed and LFP recordings of oscillatory activity. Our findings show that some CA3 PCs are prone to intracellular modulation during brain rhythms, and tend to decrease their average membrane potential, excitability, variance and output firing during theta as compared to LIA. Future studies will demonstrate whether these effects are due to changes in synaptic and/or neuromodulatory inputs. This modulation at the single-cell level in CA3 could play a role in the emergence of oscillations, and underlie the ability of CA3 to perform different memory functions during different brain states.

Fluid-structure interactions occur in many engineering and industrial applications. Such interactions may result in undesirable forces acting on the structure that may cause fatigue and degradation of the structural components. The purpose of this research is to develop a solver that simulates the fluid-structure interaction, assess tools that can be used to control the resulting motions and analyze a system that can be used to convert the structure's motion to a useful form of energy. For this purpose, we develop a code which encompasses three-dimensional numerical simulations of a flow interacting with a freely-oscillating cylinder. The solver is based on the accelerated reference frame technique (ARF), in which the momentum equations are directly coupled with the cylinder motion by adding a reference frame acceleration term; the outer boundary conditions of the flow domain are updated using the response of the cylinder. We develop active linear and nonlinear velocity feedback controllers that suppress VIV by directly controlling the cylinder's motion. We assess their effectiveness and compare their performance and required power levels to suppress the motion of the cylinder. Particularly, we determine the most effective control law that requires minimum power to achieve a desired controlled amplitude. Furthermore, we investigate, in detail, the feasibility of using a nonlinear energy sink to control the vortex-induced vibrations of a freely oscillating circular cylinder. It has been postulated that such a system, which consists of a nonlinear spring, can be used to control the motion over a wide range of frequencies. However, introducing an essential nonlinearity of the cubic order to a coupled system could lead to multiple stable solutions depending on the initial conditions, system's characteristics and parameters. Our investigation aims at determining the effects of the sink parameters on the response of the coupled system. We also investigate the extent of drag reduction that can be attained through rotational oscillations of the circular cylinder. An optimization is performed by combining the CFD solver with a global deterministic optimization algorithm. The use of this optimization tool allows for a rapid determination of the rotational amplitude and frequency domains that yield minimum drag. We also perform three-dimensional numerical simulations of an inline-vibrating cylinder over a range of amplitudes and frequencies with the objective of suppressing the lift force. We compare the amplitude-frequency response curves, levels of lift suppression, and synchronization maps for two- and three-dimensional flows. Finally, we evaluate the possibility of converting vortex-induced vibrations into a usable form of electric power. Different transduction mechanisms can be employed for converting these vibrations to electric power, including electrostatic, electromagnetic, and piezoelectric transduction. We consider the piezoelectric option because it can be used to harvest energy over a wide range of frequencies and can be easily implemented. We particularly investigate the conversion of vortex-induced vibrations to electric power under different operating conditions including the Reynolds number and load resistance. / Ph. D.

Agrégation de l'enseignement supérieur, Orientation sciences / Thèse d'agrégation / info:eu-repo/semantics/nonPublished