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La maladie d’Alzheimer (AD) est la principale cause de démence neurodégénérative, caractérisée à 95% par des formes tardives (LOAD) qui présentent des troubles mnésiques et progressent lentement. Cependant, environ 5% des patients atteints d’AD présentent une forme précoce de la maladie (EOAD) débutant avant 65 ans. Bien que le substratum lésionnel soit identique à la LOAD, l’EOAD est caractérisée par une plus grande sévérité des dépôts de plaques amyloïdes, des enchevêtrements neurofibrillaires et de l’atrophie cérébrale. De plus, l’EOAD est plus hétérogène que la LOAD, car même si la majorité des troubles sont mnésiques il existe une proportion importante de formes atypiques affectées par des troubles du langage, visuospatiaux ou exécutifs. Bien que de nombreuses études en imagerie TEP 18F-FDG aient permis de caractériser métaboliquement l’EOAD par rapport à la LOAD ou à un groupe de contrôles sains, très peu différentiaient pas les formes typiques (mnésiques) des formes atypiques. Dans ce travail de thèse, nous avons examiné les données d’imagerie TEP 18F-FDG, complémentées par l’IRM structurelle, afin d’améliorer la caractérisation et la compréhension des formes typiques et atypiques d’EOAD. Suite à un premier travail d’harmonisation des reconstructions TEP 18F-FDG entre deux machines GE et Siemens ayant toutes deux servies à l’acquisition des données patients, notre second objectif a été d’étudier à l’inclusion sur le cerveau entier les patterns hypométaboliques caractéristiques des différentes formes d’EOAD et leurs corrélations potentielles avec la performance neuropsychologique. Cette étude a montré que chaque forme clinique d’EOAD était caractérisée par des patterns hypométaboliques spécifiques fortement corrélés aux symptômes cliniques et aux scores neuropsychologiques du domaine cognitif associé. Par la suite, nous nous sommes intéressés à la progression sur 3 ans de l’hypométabolisme sur la surface corticale en fonction des formes typiques ou atypiques d’EOAD. Bien que des patterns similaires d’évolution de l’hypométabolisme entre les formes typiques et atypiques aient été observés au niveau du cortex pariétal, seules les formes atypiques ont présenté une réduction du métabolisme bilatérale plus importante au niveau du cortex orbito-frontal latéral associée à des déclins cognitifs plus sévères. Temporellement, les résultats suggèrent que l’hypométabolisme chez les formes typiques progresserait selon un axe antérieur-vers-postérieur en cohérence avec les stades de Braak et Braak, alors que l’hypométabolisme chez les formes atypiques progresserait selon un axe postérieur-vers-antérieur. Pris ensemble, ces résultats confortent l’hypothèse d’une distribution différente de la pathologie tau en termes de charge et d’évolution temporelle entre ces deux formes d’EOAD. Notre dernier objectif a été de déterminer les capacités discriminatives des données TEP 18F-FDG, seules ou combinées aux données de l’IRM structurelle, afin de classifier de manière automatique et supervisée des patients atteints d’EOAD en forme typique ou atypique. Nous avons mis en application des algorithmes de machine learning combinés à des méthodes de validation croisée afin d’évaluer les influences de diverses composantes sur les performances de classification. Des précisions équilibrées maximales égales à 80,8% en imagerie monomodale TEP 18F-FDG et 92,4% en imagerie multimodale TEP 18F-FDG/IRM T1 ont été obtenues, validant ainsi la TEP 18F-FDG comme un biomarqueur sensible de l’EOAD et soulignant l’apport incontestable de la multimodalité. En conclusion, nos travaux ont permis une meilleure caractérisation et compréhension des formes cliniques d’EOAD, ouvrant la voie à un management personnalisé du patient et des traitements plus efficaces pour ces formes distinctes. / Alzheimer’s disease (AD) is the most common form of neurodegenerative dementia, characterized at 95% by late-onset forms (LOAD) which present episodic memory impairments and progress slowly. However, 5% of AD patients have an early-onset form (EOAD) of the disease whose onset begins before 65. Although the lesion substratum is similar between EOAD and LOAD, EOAD has more severe neuritic plaque deposits, neurofibrillary tangles and brain atrophy. Moreover, EOAD is more heterogeneous than LOAD, because even if most of the impairments are about episodic memory there is a high proportion of atypical forms impaired in language, visuospatial or executive functions. Although many 18F-FDG PET studies allowed to metabolically characterize EOAD compared to LOAD or healthy controls group, very few differentiated typical from atypical forms. In this thesis, we examined 18F-FDG PET data, complemented by structural MRI, in order to improve characterization and comprehension of typical and atypical forms of EOAD. Following a first harmonization work between 18F-FDG PET reconstructions from both GE and Siemens scanners used for the acquisition of patient data, our second aim was to study at baseline on the whole brain hypometabolic patterns characterizing the clinical forms of EOAD and their correlations with neuropsychological performance. This work showed that each clinical form of EOAD was characterized by specific hypometabolic patterns highly correlated with clinical symptoms and neuropsychological performance of the associated cognitive domain. Then, we focused on the 3-year hypometabolism progression on the cortical surface according typical or atypical forms of EOAD. Although similar patterns of hypometabolism evolution between typical and atypical forms were observed in parietal cortices, atypical only showed a more severe reduction of metabolism in lateral orbitofrontal cortices associated with more severe cognitive declines. Temporally, the results suggest that hypometabolism in typical forms would progress according to an anterior-to-posterior axis coherently with Braak and Braak stages, whereas in atypical forms hypometabolism would progress according a posterior-to-anterior axis. Taken together, results consolidate the hypothesis of a different tau distribution in terms of burden and temporal evolution between both forms of EOAD. Our last goal was to determine the discriminative power of 18F-FDG PET data, alone or combined to structural MRI data, in order to automatically classify in a supervised manner EOAD patients into typical or atypical form. We applied machine learning algorithms combined to cross-validation methods to assess influence of some components on classification performances. Maximum balanced accuracies equal to 80.8% in monomodal 18F-FDG PET and 92.4% in multimodal 18F-FDG PET/T1 MRI were obtained, validating 18F-FDG PET as a sensible biomarker of EOAD and highlighting the incontestable contribution of multimodality. In conclusion, our works allowed a better characterization and comprehension of clinical forms of EOAD, paving the way to personalized patient management and more effective treatments for these distinct clinical forms.

This dissertation combines studies of aeolian bedforms and aeolian dune-field patterns to create a comprehensive set of tools that can be used in tandem (or separately) to extract information about climate change and landscape evolution, and to identify the controls on formation for specific modern dune fields or ancient aeolian sequences. The spatial distribution of surface processes, erosion/deposition rates, and lee face sorting on aeolian dunes are each a function of the incident angle. This correlation between stratification style and incidence angle can be used to develop a “toolbox” of methods based on measurements of key suites of parameters found in ancient aeolian deposits. Information obtained from the rock record can be used as input data for different kinds of numerical models. Regional-scale paleowind conditions can be used to validate paleoclimate and global circulation models. Understanding the natural variability in the Earth’s climate throughout its history can help predict future climate change. Reconstructed wind regimes and bedform morphologies can be used in numerical models of aeolian dune-field pattern evolution to simulate patterns analogous to those reconstructed from ancient aeolian systems. Much of the diversity of aeolian dune-field patterns seen in the real world is a function of the sediment supply and transport capacity, which in turn determine the sediment availability of the system. Knowledge of the sediment supply, availability, and transport capacity of aeolian systems can be used to predict the amount of sand in the system and where it might have migrated. This information can be extremely useful for development and production of oil and gas accumulations, where a discovery has been made but the spatial extent of the aeolian reservoir is unknown. / text

This thesis describes investigations into the role of non-stoichiometry in the surface and bulk properties of SrTiO₃ single crystals. A family of (n×n) reconstructions, where n = 2, 3, 4, 5, 6 are produced by argon ion sputtering of the SrTiO₃ (111) single crystals and subsequent annealing in UHV or in an oxygen rich environment. The sputtering process introduces defects or oxygen vacancies in the surface region of the sample, whilst the annealing gives rise to surface reconstructions. The surface preparation conditions such as sputtering time, annealing temperature and environment are optimized to obtain various reconstructions in a controlled and reproducible manner. High resolution STM images of these reconstructions are also obtained and utilized in the investigation of the surface reactivity. Fullerene molecules are deposited on the reconstructed surfaces to elucidate the surface reactivity through template assisted growth. Fullerene molecules are first deposited with substrate surfaces held at room temperature. Being the most highly reduced among the (n×n) family, the 5×5 reconstruction significantly influenced the growth of fullerenes. Both C₆₀ and C₇₀ adsorb as individual molecules and produce clusters with magic numbers. The 4×4 and 6×6 reconstructed surfaces encourage the formation of close-packed structures upon the deposition at room temperature. When the surface covered with fullerenes is heated to a temperature of around 200 °C, epitaxial islands are observed. The 6×6 reconstructed surface appeared to be less reactive than the 4×4. Electrical transport, cathodoluminescence (CL) and electron spin resonance (ESR) experiments are also carried out to investigate the effect of oxygen vacancies on the bulk properties of UHV annealed SrTiO₃ single crystals. Thermal reduction leads to carrier doping of the material, which not only gives rise to electrical conduction but also induces room temperature luminescence. Both the electrical conductivity and CL intensity increases with annealing time. The work presented in this thesis provides insight into the defect driven properties in both the surface and bulk of SrTiO₃ single crystals, which could play an important role in the development of oxide-based electronic devices.

L'experience H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System) est constiture de quatre imageurs Cherenkov atmospheriques dedies a l'observation de sources astrophysiques de l'hemisphere austral emettant des photons au-dela de 100 GeV. Cette these presente le fonctionnement de cet instrument ainsi que toute la chaine d'analyse associee. Les methodes d'etalonnage du systeme sont detaillees et les erreurs systematiques sur l'amplitude des images sont estimees. Ensuite, une methode d'analyse des donnees, basee sur un modele semi-analytique de developpement des gerbes electromagnetiques dans l'atmosphere, est expliquee. Des methodes de reconstruction du spectre en energie et de la morphologie des sources de gamma haute energie sont presentees puis appliquees a la Nebuleuse du Crabe. Les erreurs systematiques associees a l'analyse spectrale sont estimees. Cette chaine d'analyse est ensuite utilisee pour etudier l'emission du Centre Galactique au-dela de 100 GeV. Les differentes observations menees en 2003 et 2004 ont mis en evidence un signal dont l'origine n'est pas encore connue. Le spectre, la variabilite et la morphologie de la source sont etudies. De nombreux candidats sont proposes, en particulier le trou noir supermassif Sgr A* situe au centre dynamique de la Voie Lactee, le reste de supernova Sgr A Est ou des interactions de particules accelerees sur le milieu dense de cette region. Dans cette these, le signal est interprete comme provenant de l'annihilation de particules de matiere noire non baryonique (neutralinos ou bosons de Kaluza-Klein) dans un halo dense situe au Centre Galactique. Cette analyse indique que le signal ne provient pas exclusivement d'annihilation de matiere noire dans le cadre des modeles etudies, et que la composante dominante serait donc de nature astrophysique.

Multiple proxies derived from the Lake Loitsana sediment sequence (NE Finland) are employed to determine the timing of deglaciation, characterise an early Holocene proglacial lake stage and reconstruct Holocene lake development. Local-scale processes causing shifts in biological assemblages are identified and the most likely Holocene mean July air temperature (Tjul) development is assessed. The study area was deglaciated shortly prior to 10 700 cal. a BP. The sediment record reflects four local events; the presence of a glacial lake, glacial lake drainage and formation of Lake Loitsana, changes in fluvial input due to progressive wetland expansion, and gradual lake infilling. The results suggest that local events have driven changes in biological assemblages through various processes, and that biotic proxies reflect changes in environmental parameters in a highly individual manner. Furthermore, biological assemblages can themselves act as important drivers, influencing the composition of other assemblages. It is suggested that future studies should consider macrophyte abundance and food-web interactions as equally important factors when assessing changes in biological assemblages. Quantitative Tjul reconstructions based on biotic proxies display contrasting trends. While Tjul reconstructions based on pollen found in the Loitsana sequence display relatively low early Holocene values, plant macrofossil and chironomid data reflect warm summer conditions also during the early Holocene, i.e. at the peak of summer insolation. The early Holocene Tjul recorded by terrestrial pollen are affected by local factors possibly combined with a delayed response of the terrestrial ecosystem compared to the aquatic one. This study emphasises the importance of using multiple proxies in palaeoenvironmental studies and shows that local factors have a potential to drive changes in biological assemblages that can affect transfer-function based temperature reconstructions. / <p>At the time of the doctoral defense, the following papers were unpublished and had a status as follows: Paper 1: Epub ahead of print. Paper 2: Accepted. Paper 3: Manuscript.</p>

Virtuelle 3D-Modelle finden in den historischen Disziplinen in zweierlei Art Verwendung. Zum einen dienen diese zur Erfassung und Digitalisierung existierender historischer Objekte. Daneben dient die Erstellung von virtuellen 3D-Rekonstruktionen der Nachbildung nicht mehr existierender Objekte und Strukturen. Während technische Abläufe beider Ansätze ebenso wie methodische und wissenschaftstheoretische Aspekte in der Fachliteratur häufig und umfassend thematisiert werden, ist eine Frage nach sozialen Aspekten und sozialer Interaktion im Kontext derartiger Vorhaben bisher unbeleuchtet geblieben. Ziel der Arbeit stellt dar, eine Bandbreite und Relevanz von Aspekten der Kooperation als „Zusammenarbeit mit gemeinsamem Ziel, gegenseitiger Abstimmung, planvollem Vorgehen sowie Vorteilen für alle Akteure“ (Hagenhoff, 2004) im Kontext derartiger geschichtswissenschaftlicher 3D-Modellierungsvorhaben mittels sozialwissenschaftlicher Methoden zu beleuchten. Dabei zielt eine Darlegung auf unterschiedliche Skalierungen von Kooperation ab – angefangen bei einer Wissenschaftslandschaft über Kooperationsstrukturen bis hin zu einer Betrachtung von spezifischen Kooperationsphänomenen und -strategien innerhalb von Arbeits- und Erstellungsprozessen.

Les propriétés structurales et électroniques de films ultra-minces d'alcalins (K,Cs) déposés sur un substrat de Si(111)-v3´v3R30:B ont été étudiés par diffraction d'électrons lents (LEED), spectroscopie Auger, microscopie à effet tunnel (STM) et photoemission (ARPES, XPS). Un état de surface de symétrie s-pz a été mis en évidence par photoémission résolue en angle celui-ci présentant un maximum au taux optimal. Le site d'adsorption H3 a été identifié par IV-LEED en accord avec les prédictions théoriques. Nos mesures ARPES mettent en évidence un repliement de la bande de surface, son caractère fortement isolant ainsi qu'une largeur de bande très étroite. Dans le cas des dépôts de Césium, le gap est cependant réduit et il apparaît du poids spectral au niveau de Fermi. Ces résultats sont a priori en accord avec le caractère corrélé de ces états, ceux-ci ayant été définis initialement comme des isolants de Mott. Cependant, nous mettons en évidence dans ce travail une nouvelle reconstruction 2v3´2v3 caractérisée par un quadruplement de la maille de surface et associée à un gain d'énergie des électrons participant à l'état de surface. De plus, la dépendance en température des spectres de photoémission suggèrent un fort élargissement Franck-Condon associé à un fort couplage électron-phonon. L'étude des raies de cœur par photoémission haute résolution sur la ligne CASSIOPEE (synchrotron SOLEIL) nous a permis de mettre en évidence un ordre de charge à la surface pour les deux types de reconstruction observées en LEED. Tous nos résultats expérimentaux indiquent un fort couplage avec le réseau des électrons de l'état de surface induit par les alcalins ce qui n'a jamais été reporté auparavant ni fait l'objet de prédictions. Un scénario basé sur l'établissement d'une onde de densité de charge à la surface dans la limite d'un fort couplage électron-phonon est proposé. IL est proposé que la limite de l'isolant bi-polaronique soit atteinte dans le cas des couches ultra-minces d'alcalins/Si(111) offrant ainsi la possibilité d'étudier le comportement des électrons fortement couplés au réseau en présence de corrélations électroniques sur un réseau triangulaire. / Low energy electron diffraction (LEED), Auger spectroscopy, scanning tunneling microscopy (STM) and angle-resolved photoemission (ARPES) have been used to study ultrathin films of alkali atoms deposited on Si(111)-v3´v3R30:B surface. An alkali-induced surface state of s-pz symmetry has been evidenced by photoemission being maximum close to the saturation coverage of 1/3 monolayer. A quantitative IV-LEED study evidences the H3 alkali adsorption site as predicted by ab initio calculations. High resolution ARPES data presented in this work evidence a band-folding, a large alkali-dependent semi-conducting gap and a narrow bandwidth. The Cs- induced surface band is shown to present a smaller gap together with a non-zero spectral weight at the Fermi level. These results are a priori consistent with the correlated nature of these materials, the Harrison criterion U/W>>1 being fulfilled for these half-filled surface bands. Moreover, a novel 2v3´2v3 lattice and charge ordering has been discovered below 300 K characterized by a quadrupling of the unit cell and a net energy gain for the surface band. In addition, the temperature dependence of the ARPES spectra suggests these materials are characterized by a strong electron-phonon coupling. High resolution core-levels photoemission spectroscopy recorded at the CASSIOPEE beamline (synchrotron SOLEIL) evidence a local charge ordering at surface in both phases. The corresponding band mapping agree well with the 2(v3´v3) symmetry also for both phases. All these experimental results sign a strong interplay between the charge and lattice degrees of freedom which have never been predicted for these semiconducting surfaces. Therefore, a scenario assuming a charge density wave at surface in the strong electron-phonon coupling limit is proposed. As a striking point, the bi-polaronic insulating ground state is proposed to be reached making these alkali/Si(111) semi-conducting surfaces model systems to study polaronic signatures on the physical properties of low dimensional strongly correlated materials.

Virtuelle 3D-Modelle finden in den historischen Disziplinen in zweierlei Art Verwendung. Zum einen dienen diese zur Erfassung und Digitalisierung existierender historischer Objekte. Daneben dient die Erstellung von virtuellen 3D-Rekonstruktionen der Nachbildung nicht mehr existierender Objekte und Strukturen. Während technische Abläufe beider Ansätze ebenso wie methodische und wissenschaftstheoretische Aspekte in der Fachliteratur häufig und umfassend thematisiert werden, ist eine Frage nach sozialen Aspekten und sozialer Interaktion im Kontext derartiger Vorhaben bisher unbeleuchtet geblieben. Ziel der Arbeit stellt dar, eine Bandbreite und Relevanz von Aspekten der Kooperation als „Zusammenarbeit mit gemeinsamem Ziel, gegenseitiger Abstimmung, planvollem Vorgehen sowie Vorteilen für alle Akteure“ (Hagenhoff, 2004) im Kontext derartiger geschichtswissenschaftlicher 3D-Modellierungsvorhaben mittels sozialwissenschaftlicher Methoden zu beleuchten. Dabei zielt eine Darlegung auf unterschiedliche Skalierungen von Kooperation ab – angefangen bei einer Wissenschaftslandschaft über Kooperationsstrukturen bis hin zu einer Betrachtung von spezifischen Kooperationsphänomenen und -strategien innerhalb von Arbeits- und Erstellungsprozessen.

Purpose – We propose a multidisciplinary approach based on an extensive data base which provides digitalized photographic material from the end of the 19th century up to recent times. Thus a large amount of photographic evidence will be exploited, structured and enriched by additional sources to serve as a foundation for an application relying on 3D visualizations. The application addresses scholars as well as the general public and will provide different kinds of information and tools for research and knowledge transfer. Design/methodology/approach – The method applied will be diachronic: the virtual model may show one point in urban history depicting a certain state of past Dresden and also its development through the various eras. In addition the method works in a dualistic mode: on the one hand the physical development of the urban area will be explored and presented in detail, on the other hand the analysis of the pictures will give profound insights in the specific perception of the urban space. Originality/value – This methodology aims to make large repositories more accessible and proactive in information-seeking. Using a 3D application as an access for media repositories, research tools and functionalities which can improve the scientific handling of the data will be considered. How should the data and information be processed to meet the researcher’s needs? Which information can be retrieved from the visual media? What needs to be considered to ensure scientific standards and motivation while working with the image repositories? Users of the virtual archives can benefit extensively form effective searching functions and tools which work not only content- and theme-based but also location-based. Practical implications – The outcomes of the research will be presented in a 4D browser and available in an Augmented Reality presentation. The design will comply with the requirements of the field of application, whether aiming at a scientific, educative or touristic purpose. The paper itself considers three different approaches to the topic highlighting the multidisciplinary strategy and opportunities of the project. The first one considers research questions from art history. The second one reflects on concepts from information science, photogrammetry and computer vision for visualizations and the third one introduces an interaction concept for an AR application for the Zwinger in Dresden.