Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Le striatum, tout particulièrement sa région sensorimotrice, est connu pour jouer un rôle crucial dans l’expression de routines motrices qui nécessitent la réalisation d’une suite de mouvements. Dans ce travail, nous avons étudié la contribution respective des neurones efférents et des interneurones cholinergiques du striatum dans les processus qui sous - tendent l’expression de séquences motrices automatisées, en enregistrant l’activité unitaire de ces deux populations neuronales chez des singes entraînés à effectuer des mouvements d’atteinte manuelle de cibles. Par cette approche, nous avons examiné les modifications d’activité de ces neurones lors d’un changement des conditions de performance durant la réalisation de la séquence de mouvements. Ainsi en manipulant l’ordre habituel ou la structure temporelle de la séquence, nous avons montré, au sein du striatum sensorimoteur, que les neurones efférents et les interneurones cholinergiques participent au traitement des informations spatiales et temporelles qui caractérisent une séquence motrice automatisée. Par ailleurs, nous avons montré que ces deux populations neuronales sont différentiellement activées lorsque l’ordre de la séquence est visuellement spécifié ou déterminé sur la base d’informations mémorisées. Ces résultats apportent des informations essentielles pour mieux comprendre les mécanismes neuronaux impliqués, au niveau du striatum sensorimoteur, dans le contrôle des séquences motrices automatisées. / It is well known that the striatum, especially its sensorimotor part, is involved in the expression of motor skills which require the production of a sequence of movements. In this study, we addressed the respective contribution of efferent neurons and cholinergic interneurons of the striatum in the processes underlying the expression of motor sequences, by recording single unit activity of these two neuronal populations in monkeys performing sequential arm reaching movements. By this experimental approach, we examined activity modulations of these neurons during a change in the conditions of performance of the motor sequence. Thus, by changing the habitual order or the temporal structure of the sequence, we underlined that within sensorimotor striatum, efferent neurons and cholinergic interneurons are involved in the processing of spatial and temporal information which characterize an automatic motor sequence. In addition, we reported differential activations of these two neuronal populations depending on whether the serial order of the sequence of movements is visually cued or based on internally stored information. Taken together, these results provide essential information in order to better understand the neuronal mechanisms involved, within the sensorimotor part of striatum, in the control of the automatic motor sequences.

Le transfert latéral de séquences (LST) joue un rôle critique dans l'évolution des bactéries. Les alphaprotéobactéries (ALPs), avec leurs différentes tailles, leurs divers modes de vie et leurs "mobilome", constituent un modèle idéal pour étudier l'histoire évolutive des bactéries. Le "rhizome" représente la diversité des origines des gènes chez ces alphaprotéobactéries : ceci est notamment observable chez les Rickettsiales, appartenant aux ALPs, qui possèdent des génomes en mosaïque. Toutefois, les ALPs contribuent également aux contenus génomiques de différents génomes bactériens comme eucaryotes. De plus, plusieurs gènes codant pour les ribosomes chez les ALPs ont participé à la formation des mitochondries. En premier lieu, nous avons ici mis en place une approche pour mettre en évidence l'histoire évolutive des LSTs. Cette approche est basée sur l'établissement de profils phylétiques, suivi de la recherche de séquences homologues, la reconstruction phylogénétique et enfin la définition des séquences transferts basée sur l'utilisation d'un motif spécifique. Nous avons ainsi montré que 42 gènes des Rickettsiales sont issus de transferts provenant de différentes espèces des trois domaines de la vie. Cette approche est applicable à l'étude de LSTs pour un grand nombre de génomes d'intérêt. Deuxièmement, nous avons séquencé et annoté le génome d'Odyssella thessalonicensis, puis étudié l'histoire évolutive de la mitochondrie, de Candidatus Pelagibacter ubique (CPu), d'O. thessalonicensis et des alphaprotéobactéries. Nos résultats montrent que CPu provient probablement d'un ancêtre intracellulaire facultatif en commun avec les espèces de Rickettsiales. / Lateral sequence transfer (LST) plays a critical role in the bacterial evolu- tion. Alphaproteobacteria with different genomes in size, their diverse lifestyles and their "mobilome" are an ideal model for studying the evolutionary history of the bacteria. The different origins of genes of alphaproteobacteria species can be represented as a "rhizome". In constrast, the alphaproteobacteria contributed in the creation of different genomes such as bacteria, eukaryotes (the nematod, the insect). Moreover, many ribosomal genes of alphaproteobacteria have participated in the formation of the mitochondria. In the first part, we have done an approach to define LSTs. This approach is primarily based on the application of phylogenetic profiles, followed by the search for homologous sequences, then the phylogenetic reconstruction, and finally the definition of sequence transfer by a specific pattern. We found that 42 instances of transfers of Rickettsiales came from distantly related species of different domains of life (eukaryote, bacteria, archaea). We can apply this approach for studying LSTs of greater genomes of interest. In the second part, we sequenced and annotated the Odyssella thesalonicensis, then studied the evolutionary history of mitochondrion, Candidatus Pelagibacter ubique, O. thessalonicensis and alphaproteobacteria. Our results showed that Candidatus Pelagibacter ubique has probably originated from an ancestor facultative intracellular with Rickettsiales species.

La duplication de code source a de nombreuses origines : copie et adaptation inter-projets ou clonage au sein d'un même projet. Rechercher des correspondances de code copié permet de le factoriser dans un projet ou de mettre en évidence des situations de plagiat. Nous étudions des méthodes statiques de recherche de similarité sur du code ayant potentiellement subi des opérations d'édition telle que l'insertion, la suppression, la transposition ainsi que la factorisation et le développement de fonctions. Des techniques d'identification de similarité génomique sont examinées et adaptées au contexte de la recherche de clones de code source sous forme lexemisée. Après une discussion sur des procédés d'alignement de lexèmes et de recherche par empreintes de n-grams, est présentée une méthode de factorisation fusionnant les graphes d'appels de fonctions de projets au sein d'un graphe unique avec introduction de fonctions synthétiques exprimant les correspondances imbriquées. Elle utilise des structures d'indexation de suffixes pour la détermination de facteurs répétés. Une autre voie d'exploration permettant de manipuler de grandes bases indexées de code par arbre de syntaxe est abordée avec la recherche de sous-arbres similaires par leur hachage et leur indexation selon des profils d'abstraction variables. Des clones exacts de sous-arbres de forte proximité dans leurs arbres d'extraction peuvent alors être consolidés afin d'obtenir des correspondances approchées et étendues. En amont et en aval de la recherche de correspondances, des métriques de similarité sont définies afin de préselectionner les zones d'examen, affiner la recherche ou mieux représenter les résultats / Several phenomenas cause source code duplication like inter-project copying and adaptation or cloning inside a same project. Looking for code matches allows to factorize them inside a project or to highlight plagiarism cases. We study statical similarity retrieval methods on source code that may be transformed via edit operations like insertion, deletion, transposition, in- or out-lining of functions. Sequence similarity retrieval methods inspired from genomics are studied and adapted to find common chunks of tokenized source. After an explanation on alignment and n-grams lookup techniques, we present a factorization method that merge function call graphs of projects to a single graph with the creation of synthetic functions modeling nested matches. It relies on the use of suffix indexation structures to find repeated token factors. Syntax tree indexation is explored to handle huge code bases allowing to lookup similar sub-trees with their hash values computed via heterogeneous abstraction profiles. Exact copies of sub-trees close in their host trees may be merged to get approximate and extended matches. Before and after match retrieval, we define similarity metrics to preselect interesting code spots, refine the search process or enhance the human understanding of results

Une masse de données importante est collectée chaque jour par les gestionnaires de site internet sur les visiteurs qui accèdent à leurs services. La collecte de ces données a pour objectif de mieux comprendre les usages et d'acquérir des connaissances sur le comportement des visiteurs. A partir de ces connaissances, les gestionnaires de site peuvent décider de modifier leur site ou proposer aux visiteurs du contenu personnalisé. Cependant, le volume de données collectés ainsi que la complexité de représentation des interactions entre le visiteur et le site internet nécessitent le développement de nouveaux outils de fouille de données. Dans cette thèse, nous avons exploré l’utilisation des méthodes d’alignement de séquences pour l'extraction de connaissances sur l'utilisation de site Web (web mining). Ces méthodes sont la base du regroupement automatique d’internautes en segments, ce qui permet de découvrir des groupes de comportements similaires. De plus, nous avons également étudié comment ces groupes pouvaient servir à effectuer de la prédiction et la recommandation de pages. Ces thèmes sont particulièrement importants avec le développement très rapide du commerce en ligne qui produit un grand volume de données (big data) qu’il est impossible de traiter manuellement. / This thesis explored the application of sequence alignment in web usage mining, including user clustering and web prediction and recommendation.This topic was chosen as the online business has rapidly developed and gathered a huge volume of information and the use of sequence alignment in the field is still limited. In this context, researchers are required to build up models that rely on sequence alignment methods and to empirically assess their relevance in user behavioral mining. This thesis presents a novel methodological point of view in the area and show applicable approaches in our quest to improve previous related work. Web usage behavior analysis has been central in a large number of investigations in order to maintain the relation between users and web services. Useful information extraction has been addressed by web content providers to understand users’ need, so that their content can be correspondingly adapted. One of the promising approaches to reach this target is pattern discovery using clustering, which groups users who show similar behavioral characteristics. Our research goal is to perform users clustering, in real time, based on their session similarity.

Dans le contexte de l’amélioration des traitements de radiothérapie, la planification de traitement sur image par résonance magnétique (IRM) présente l’avantage de supprimer les incertitudes des contours liées au recalage avec l’image de scanographie (CT). L’objectif principal de la thèse est de contribuer au développement de méthodes de génération de CT synthétique (pCT) à partir de l’IRM et d’évaluer leurs incertitudes sur la dose planifiée par calcul Monte Carlo dans le cadre de la stéréotaxie intracrânienne.Dans la première partie, une calibration stœchiométrique du CT a été réalisée. Celle-ci a été intégrée à un système de contrôle qualité des plans de traitement par simulation Monte Carlo. Nous avons ensuite démontré la précision des calculs Monte Carlo sur la base de la seule connaissance de la quantité d’hydrogène présente dans les tissus en utilisant cette calibration. La quantification de l’hydrogène des tissus à partir de séquences IRM a ensuite été étudiée théoriquement et expérimentalement.La seconde partie concerne la génération d’un pCT par méthode atlas avec prise en compte de l’intensité des voxels IRM (séquence 3D T1). Une étude dosimétrique sur une cohorte de patients a été menée afin d’évaluer la qualité de la méthode. Des solutions ont été proposées afin d’améliorer le résultat de la méthode dans les cas anatomiques particuliers La génération de pCT à partir d’une IRM permettra de supprimer l’examen CT de la pratique routinière, menant à une simplification du flux de travail, une diminution des coûts, et à une intégration cohérente avec les machines de traitement couplées à un scanner IRM. / In the context of quality assurance of radiotherapy treatment , magnetic resonance imaging (MRI)-only treatment planning removes contour uncertainties originating from image registration between MRI and computed tomography (CT). The main aim of the thesis is to develop methods to generate synthetic CT (pCT) from MRI and to evaluate uncertainties on Monte Carlo planned dose within the framework of stereotactic radiosurgery. In the first chapter, stoichiometric calibration of the CT was realized. This was integrated into our Monte Carlo-based treatment plan quality control system. Using this calibration, we demonstrated that only the hydrogen content of tissues is required to perform accurate Monte Carlo dose calculations. Tissue hydrogen quantification from MRI sequences was then theoretically and experimentally studied. The second part concerns pCT generation from a conventional 3D T1-weighted sequence using an in-house atlas-based deformation method, where MRI intensity is taken into account while generating the pCT. A dosimetric study on a patient cohort was performed to evaluate the performance of the method. Several solutions were proposed in order to improve the results in the case of a particular patient anatomy. pCT generation from MRI will allow to remove the CT exam from routine practice, which will lead to a workflow simplification, a cost diminution, and a consistent integration of clinical practice when using treatment machines with an integrated MRI scanner.

Cette recherche a pour objet l'élaboration et l'évaluation d'un outil d'enseignement du mécanisme optique de la vision fondé sur l'histoire des théories de la vision reconstruite selon une approche rationnelle. Une analyse des raisonnements d'enfants de maternelle et d'élèves de 4e avant enseignement d'optique à propos de la vision permet de caractériser les difficultés liées au savoir concerné : associer la vision à l'entrée de la lumière dans l'œil. Les élèves interrogés n'associent l'entrée de la lumière dans l'œil qu'à l'éblouissement, situation où la vision est impossible. Ils expliquent la vision soit dans un sens œil-objet soit dans un sens objet-œil (partie 1). L'histoire antique et médiévale est témoin d'idées analogues : comme les élèves, les savants s'opposent sur le sens de la vue. En traitant la lumière de façon quantitative, Alhazen ouvre la voie à un consensus et propose dès le 11e siècle de considérer la lumière comme un stimulus de la vue (partie 2). L'outil d'enseignement proposé est construit en référence au cheminement historique : il intègre la controverse du sens de la vue et la solution quantitative d'Alhazen. Ces idées constituent la trame d'un texte (un dialogue) présenté à des élèves de 4e avant enseignement, lors d'entretiens en binômes, en respectant un scénario didactique approprié. L'analyse de ces entretiens montre que le processus d'apprentissage est favorisé par l'identification des élèves aux savants mis en scène, et indique une prise de conscience de leur acte cognitif qui profite de l'approche quantitative (partie 3). Un transfert de cette modalité d'enseignement à d'autres domaines de la physique semble envisageable (annexes).

Objectifs : les deux principaux objectifs de cette thèse sont : (1) utiliser, tester et évaluer la qualité d'une méthode d'estimation d'âge dentaire (Braga et al., online first) la plus à même de rendre compte des caractéristiques de la maturation macrostructurale des dents définitives, (2) tester à l'aide d'un questionnaire, spécialement développé dans le cadre de cette étude, les éventuelles incidences d'un certain nombre de facteurs biologiques et socioéconomiques sur l'estimation de l'âge dentaire. Matériel : un échantillon de 863 enfants, recrutés dans le sud de la France, âgés de 3,5 à 16 ans est constitué. L'ensemble des sujets est caractérisé par une orthopantomographie et un questionnaire rempli par les parents. Méthode : une nouvelle méthode d'estimation d'âge dentaire basée sur la méthode de codage de Demirjian et al. (1973) et sur le théorème de Bayes (1763) est présentée. Cette méthode respecte l'originalité des séquences de minéralisation dentaire (approche Bayes Dépendant) et permet, grâce à l'emploi de probabilités a priori uniformes, la comparaison de résultats obtenus pour un même échantillon test à partir de deux référentiels distincts. Résultats : cette étude confirme l'influence du sexe sur l'estimation de l'âge dentaire, les filles présentant des avances d'âge dentaire par rapport aux garçons. L'influence de l'origine géographique sur l'estimation de l'âge dentaire n'est quant à elle pas avérée dans le cadre de l'application de l'approche Bayes Dépendant. Il semble néanmoins que l'origine géographique soit responsable d'une certaine variabilité au niveau des séquences de minéralisation dentaire. Le poids à la naissance, l'âge de la mère à la naissance de l'enfant, le type d'allaitement, le fait, pour la mère, d'avoir fumé ou non durant la grossesse, ou encore l'âge des premiers pas, n'ont pas d'influence sur la qualité de l'estimation de l'âge dentaire. L'influence du niveau socioéconomique sur l'estimation de l'âge dentaire demeure non significative. Néanmoins, les résultats obtenus, notamment pour les filles, semblent indiquer un retard d'âge dentaire chez les enfants « pauvres » relativement aux enfants « non pauvres ».

L'inversion de courts segments (moins de 1000 bases) est soupçonnée être un mécanisme majeur de l'évolution des génomes. Deux méthodes de détection ab initio de tels segments sont présentées. La séquence est modélisée par une chaîne de Markov $X^+$. La séquence inverse-complémentaire est alors également modélisée par une chaîne de Markov note $X^-$. Le premier chapitre présente de façon didactique les modèles de Markov utilisés en analyse de séquences génomiques. Une généralisation au cas d'un ordre supérieur à 1 d'un résultat sur la vitesse de convergence vers la distribution stationnaire est également établie. Le deuxième chapitre est consacré à l'étude du score local : $H_(n)=\max_(1\leq i \leq j \leq n)(Y_i+...+Y_j)$, pour une séquence $(Y_1,...,Y_n) \in \R^n$. La loi jointe asymptotique des $r$ plus grandes valeurs de score local est établie à l'aide de la théorie des valeurs extrêmes. Enfin, une démarche de test multiple permettant de choisir $r$ est proposée. Le troisième chapitre propose une statistique de détection fondée sur un rapport de vraisemblance (modèle $X^+$ contre modèle $X^-$) lorsque la longueur du segment retourné est connue. Une approche de type ``fenêtre glissante'' est ensuite appliquée. Une approximation connue de la loi du maximum de ce type de statistique est utilisée pour associer un degré de signification aux segments détectés. Dans le quatrième chapitre, le cas de recherche de segments de longueurs inconnues est traité à l'aide d'une méthode de type score local. Le cinquième chapitre présente l'application de ces méthodes à quelques génomes viraux. Un logiciel développé pour traiter cette problématique est également présenté.