Nous proposons un cadre statistique pour analyser les anomalies morphologiques et organisationnelles altérant l'anatomie des circuits neuronaux chez les patients atteints du syndrome de Gilles de la Tourette. Les composants de chaque circuit (matière grise et blanche) sont représentés comme des maillages 3D et intégrés dans un seul complexe. Cela permet d'étudier leur organisation et surtout la connectivité structurelle. La méthode proposée est basée sur une approche statistique appelée construction d'atlas qui résulte en un template, capturant les invariants de la population, et en déformations template-vers-sujets, décrivant la variabilité morphologique. Premièrement, nous intégrons la construction d'atlas dans un cadre bayésien qui permet d'estimer automatiquement des paramètres autrement fixés. Deuxièmement, nous réduisons les ressources de calcul nécessaires au traitement de faisceaux de fibres en définissant un schéma d'approximation basée sur un nouveau modèle appelé courants pondérés. Troisièmement, nous décrivons un nouveau modèle de déformation pour la construction d'atlas qui permet de capturer les variations morphologiques et organisationnelles. On montre l'efficacité de la méthode par comparaison de deux groupes de 44 patients et 22 témoins. Les résultats soulignent des anomalies sur la forme des structures de la matière grise et sur la connectivité structurelle. / We propose a statistical framework to analyse morphological and organisational anomalies altering the anatomy of neural circuits in patients with Gilles de la Tourette syndrome. The components of each circuit, from both white and grey matter, are represented as 3D meshes and integrated in a single shape complex. This allows to study their organisation and in particular the structural connectivity. The proposed methodology is based on a statistical approach called atlas construction which results in a template complex, capturing the invariants of the population and in template-to-subject deformations, describing the morphological variability. First, we embed the atlas construction in a Bayesian framework which allows to automatically estimate important parameters otherwise fixed by the user. Second, we reduce the important computational resources required to process fiber bundles by defining an approximation scheme based on a new computational model called weighted currents. Third, we describe a new deformation scheme for the atlas construction which permits to model variations in structural connectivity and at the same time to capture global anatomical changes. We show the effectiveness of the proposed method by comparing two groups of 44 patients and 22 controls respectively. Results highlight anomalies about both the shape of grey matter structures and structural connectivity.

Cette thèse est consacrée à la description et à l'étude de la sécurité de divers protocoles destinés à faire de l'authentification d'objets physiques à distance à base de comparaison de vecteurs binaires. L'objectif des protocoles proposés est de pouvoir réaliser une authentification en garantissant d'une part que les informations envoyées et reçues par le lecteur n'ont pas été manipulées par un adversaire extérieur et d'autre part sans révéler l'identité de l'objet testé à un tel adversaire, ou même, modulo certaines hypothèses raisonnables, aux composantes du système. Nous nous sommes fixés de plus comme objectif d'utiliser des méthodes de cryptographie sur courbe elliptique pour pouvoir profiter des bonnes propriétés de ces dernières, notamment une sécurité accrue par rapport à la taille des clefs utilisées. Nous présentons plusieurs protocoles atteignant l'objectif et établissons pour presque tous une preuve théorique de leur sécurité, grâce notamment à une nouvelle caractérisation d'une notion standard de sécurité. / This thesis is dedicated to the description of several bitrsitring comparison based remote object authentication protocols and the study of their theoretical security. The proposed protocols are designed to carry out the authentication of a given object while simultaneously guaranteeing that the information sent and received by the server cannot be tampered with by outside adversaries and that the identity of the tested object remains hidden from outside and (certain) inside adversaries. Finally it has been our objective to use elliptic curve cryptography, taking advantage of its useful properties, notably a better security level to key-size ratio. We present several protocols reaching these objectives, establishing for almost each protocol a theoretical proof of security using a new characterization of a standard security notion.

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La domestication est un processus évolutif complexe au sein duquel les pressions de sélection exercées par l'Homme conduisent à des changements morphologiques et physiologiques importants qui permettent de différencier sans ambigüité les espèces domestiquées de leurs ancêtres sauvages. Les récentes études archéobotaniques, génétiques et génomiques sur différentes plantes annuelles telles que notamment, le maïs (Zea mays L.), le riz (Oryza sativa L.) ou la tomate (Solanum lycopersicum L.) ont considérablement fait progresser notre compréhension de la domestication des plantes. A la différence des espèces annuelles, la domestication des plantes pérennes, en particulier les espèces fruitières, reste énigmatique.Dans ce contexte, l'objectif de ce travail est de contribuer à la compréhension du processus de domestication d'une plante pérenne fruitière emblématique, la vigne (Vitis vinifera L.) à travers l'étude de la diversité et de l'évolution de deux caractères majeurs du syndrome de domestication : la forme du pépin et le système de reproduction. Nos travaux sur la morphologie du pépin appréhendée par la méthode des transformées elliptiques de Fourier ont révélé des relations significatives entre la forme du pépin, le statut taxonomique (sauvage – domestiqué), l'origine géographique des cépages et leurs liens de parenté corroborant les résultats d'analyses génétiques acquises antérieurement. D'autre part, le changement de forme du pépin se produisant au cours de la domestication serait intimement lié à l'augmentation de la taille de la baie due aux pressions de sélection exercée par l'Homme. Concernant la transition de la diécie vers l'hermaphrodisme opérée au cours de la domestication, l'analyse du polymorphisme de séquences du locus du sexe a révélé que les vignes domestiquées seraient les descendantes d'individus mâles capables de produire des baies. Le patron de diversité de ces mêmes séquences corrobore l'idée d'un événement de domestication majeur de la vigne dans le Proche Orient et témoigne de l'existence d'introgressions du compartiment domestiqué par le compartiment sauvage dans l'Ouest du bassin Méditerranéen. / Domestication is a complex evolutionary process in which, human selection pressures lead to great morphological and physiological changes that allow to differentiate domesticated species from their wild ancestors. Recent archaeobotanical, genetic and genomic studies of various annual crops such as maize (Zea mays L.), rice (Oryza sativa L.) and tomato (Solanum lycopersicum L.) have significantly advanced our understanding of plant domestication. However, the domestication of perennial plants, particularly fruit trees, remains poorly documented compared to the domestication of annual crop plants.In this framework, this work aims to contribute to the understanding of the domestication process of the emblematic perennial plant, the grapevine (Vitis vinifera L.) through the study of diversity and evolution of two major traits of the domestication syndrome: the seed shape and the reproductive system. Our work on seed shape based on the method of the elliptic Fourier transforms revealed significant relationships between seed shape, the taxonomic status (wild – domesticated), the geographic origin of cultivars and their parentage relationships, corroborating former results from genetic analysis. On the other hand, seed shape changes occurred during domestication seem to be linked to the increase of the berry size as the consequence of major human selection pressures. Regarding the transition from diecy to hermaphroditism to diecy operated during domestication, the analysis of sequence polymorphism in the sex locus revealed that domesticated grapevine would be the descendant of wild male individuals able to produce berries. The pattern of diversity of these sequences supports the hypothesis of the occurrence of a major domestication event in the Near East and testify of introgressions of Western European cultivars by local wild grapes.

Nous voulions déterminer les facteurs de l'anthropisation impliqués dans le commensalisme de la souris, selon une approche phylogéographique et historique.<br />La quantification de la variabilité actuelle des morphologies dentaires (analyses de Fourier) du genre Mus en Méditerranée a montré qu'il est possible de discriminer les espèces et sous-espèces du genre à partir du matériel fossile et qu'elle pouvait être un marqueur des flux géniques. <br />L'application archéozoologique nous a permis d'identifier l'émergence des pratiques de l'économie agricole néolithique (stockage des grains, champs cultivés...) au Proche-Orient comme le facteur déterminant dans l'adaptation de la souris à la niche commensale.<br />Enfin, nous avons montré que la souris domestique colonisa la Méditerranée occidentale lors de l'intensification conjointe des échanges et de l'urbanisation du premier millénaire av. J.-C., lui permettant de surmonter les barrières écologiques et génétiques qui, auparavant, empêchaient son invasion.

L'utilisation de modèles en éléments finis du corps humain a été initiée au début des années 90 comme outil d'aide à la conception de dispositifs de sécurité automobile. Obtenir une personnalisation géométrique de tels modèles est une préoccupation récente afin d'en optimiser la biofidélité. Le but de cette étude est donc d'accroître notre compréhension des géométries externes et internes du corps humain, et fournir des outils de personnalisation de modèles numériques. En premier lieu, une base de données géométriques externes (anthropométrie corps entier) et internes(morphométrie du rachis, du bassin et du thorax) collectées sur 85 volontaires a été constituée à l'aide de mesures anthropométriques classiques et des méthodes de reconstruction stéréoradiographiques tridimensionnelles. L'exploitation de cette base de données a abouti à une description détaillée des géométries externes et internes de sujets asymptomatiques. Elle a également permis de développer et évaluer une méthode statistique d'estimation de paramètres anthropométriques (externes) et morphométriques (internes) basée sur près de 200 modèles anthropométriques (i.e. régressions linéaires simples et multiples) externe/externe et externe/interne. Grâce à cette méthode, 10 mesures anthropométriques suffisent pour modéliser la géométrie externe (43 dimensions du corps entier assis et debout) et interne (155 dimensions du bassin, vertèbres C3 à L5, et côtes niveaux 1 à 10) d'un individu (errreur moyenne: 2,3%(2

L'utilisation des coquilles carbonatées de foraminifères planctoniques comme marqueurs paléocéanographiques repose sur l'hypothèse fondamentale que chaque espèce morphologique correspond à une espèce biologique caractéristique d'un habitat spécifique. Cette relation empirique a été récemment remise en cause par des analyses moléculaires qui ont révélé la présence systématique de plusieurs espèces génétiques (espèces cryptiques) au sein des morpho-espèces actuelles. Il a été suggéré que ces espèces cryptiques ou génotypes, présentaient (1) des préférences biogéographiques et écologiques restreintes par rapport à leur morpho-espèce respective et (2) des différences morphologiques. Dans ce travail, nous avons caractérisé la diversité génétique, morphologique et écologique de 4 morpho-espèces clefs de la paléocéanographie, i.e. Orbulina universa, Truncorotalia truncatulinoides, Globoconella inflata et Globigerina bulloides. Cette étude repose sur le développement d'un protocole d'extraction ADN non destructif pour la coquille calcaire, permettant l'analyse conjointe de la variabilité génétique et morphologique d'un même individu. Les variations de forme ou de porosité de chacun des génotypes des morphoespèces ont été quantifiées. Il apparaît que le fort degré de plasticité morphologique largement documenté chez les foraminifères planctonique et jusqu'alors interprété comme écophénotypique, est au moins en partie la conséquence du regroupement de plusieurs génotypes présentant des morphologies et préférences écologique particulières. Sur la base de ces observations, des modèles de reconnaissance morphologique permettant d'identifier les génotypes à partir de la morphologie de la coquille, utilisables à l'échelle populationnelle, ont été développés. Afin de quantifier l'impact de l'intégration de la diversité cryptique dans les reconstitutions paléocéanographiques basées sur les assemblages de foraminifères planctoniques, les fonctions de transfert couramment utilisées ont été re-calibrées en intégrant les distributions restreintes des génotypes d'O. universa, T. truncatulinoides, G. inflata et G. bulloides. Ces re-calibrations conduisent à un degré de précision jusqu'alors jamais atteint dans les reconstructions paléocéanographiques basées sur les assemblages de foraminifères planctoniques.

La recherche des variations anatomiques du cortex, complémentaire des investigations fonctionnelles, a été fortement stimulée ces dernières années par le développement des méthodes d'analyse des images cérébrales. Ces nouvelles possibilités ont conduit à la création de vastes projets de cartographie anatomo-fonctionnelle du cerveau humain, comparables par l'ampleur qu'ils pourraient prendre aux projets de cartographie du génome. Durant les années 90, la communauté de la neuroimagerie a choisi d'appréhender ce problème en développant une technique appelée la normalisation spatiale. Il s'agit de doter chaque cerveau d'un système de coordonnées (surfaciques ou volumiques) qui indiquent une localisation dans un cerveau de référence. Ce système s'obtient en déformant chaque nouveau cerveau de manière à l'ajuster autant que possible au cerveau de référence. Cependant, cette morphométrie fond ée sur la technique de normalisation spatiale a des limites. En effet, il est largement admis qu'elle ne permet pas de gérer précisément la très grande variabilité des plissements corticaux et ne donne accès qu'aux différences anatomiques les plus marquées. Ces considérations ont motivé le développement de nouveaux outils de morphométrie, permettant l'analyse ne des structures corticales. Jusqu'à ces dernières années, une telle morphométrie structurelle, prenant en compte les particularités anatomiques individuelles de chaque cortex, était limitée par la difculté et la lourdeur du travail «manuel» à réaliser. Le développement récent de nouveaux outils d'analyse d'images, permettant d'extraire et de reconnaître automatiquement les sillons corticaux des images IRM anatomiques, a modié cet état de fait et a ouvert la voie aux études à grandes échelles de morphométrie structurelle. Cependant, d'un point de vue anatomo-fonctionnel, la structure de base du cortex est le gyrus et non pas le sillon. Or, si la littérature propose maintenant de nombreuses méthodes dédiées aux sillons corticaux, il n'en existe aucune spécifique aux gyri, essentiellement à cause de leur très grande variabilité morphologique. Le premier axe de travail de cette thèse est le développement d'une méthode entièrement automatique pour les segmenter, prenant en compte leur anatomie individuelle. Cette méthode propose un formalisme générique pour définir chaque gyrus à partir d'un ensemble de sillons-frontières le délimitant; un critère de distance, sous-jacent au diagramme de Voronoï utilisé pour parcelliser la surface corticale, permet d'extrapoler cette définition dans les zones où les sillons sont interrompus. L'étude des mécanismes mis en jeu lors du plissement du cortex durant son développement, ante- et post-natal, est un point clé pour analyser et comprendre les variations de l'anatomie corticale, normale ou non, et caractériser ses liens avec le fonctionnement du cerveau. Des travaux récents suggèrent qu'il existerait une proto-organisation sulcale stable, visible sur le cerveau du foeœtus, et qui laisserait une empreinte dans le relief cortical adulte. Pour le deuxième axe de travail de cette thèse, nous avons essayé de recouvrer les traces de ces structures enfouies, les racines sulcales, inscrites dans les plissements corticaux. Nous avons pour cela développé un modèle original du cortex, le primal sketch des courbures, permettant une description multi-échelles et structurelle de la courbure corticale. Cette description est issue d'un lissage surfacique de la carte (2D) de la courbure, obtenu par l'implantation de l'équation de la chaleur, calculée géodésiquement au maillage de la surface corticale. Cette description nous a permis de recouvrer les deux racines sulcales putatives enfouies dans le sillon central, et les quatre racines du sillon temporal supérieur. En parallèle, nous avons initié une étude directe des premiers plis sulcaux à travers la reconstruction tridimensionnel du cerveau foeœtal in utero.

La télédétection satellitaire est en mesure de fournir des informations globales sur les calottes polaires et d'en effectuer un suivi régulier dans le temps. Pour être facilement interprétées, afin d'en déduire les caractéristiques du manteau neigeux observé depuis l'espace (taille, forme de grains, rugosité de surface ... ), les données satellitaires doivent être validées et inversées à l'aide de paramétrisations simples. Il est alors indispensable de définir des paramètres robustes et simples de la taille et de la forme des grains de neige à partir de leur observation. Un moyen d'observation et de mesure est le traitement d'images gui a permis d' établir ces relations et qui a permis un traitement automatique d'un grand nombre de données indépendamment de l'observateur. Un autre problème glaciologique, est l'interprétation des données issues de l'analyse des gaz piégés dans les bulles d'air. Cette étude implique, en particulier, la datation de la glace dans le névé lors de la fermeture des pores, indispensable pour déterminer dans la glace profonde l'âge du gaz par rapport à la glace qui l'emprisonne. En effet la datation des gaz contenus dans les bulles des carottes de glace s'effectue à partir de l'âge de la glace, et par conséquent, elle néces ite la connaissance de la différence d'âge entre les gaz et la glace lors de la fermeture des pores. Ces datations nécessitent l'utilisation des modèles de densification, de fermeture des pores, et de diffusion des gaz dans le névé. Les carottages réalisés dans les régions centrales de l'Antarctique et du Groenland permettent d'obtenir des données expérimentales essentielles pour caractériser le névé polaire. Le traitement automatique des images issues de ces données a fourni les paramètres de structure introduits dans ces modèles. Un autre aspect étudié au Laboratoire de Glaciologie est l'augmentation de la taille moyenne des cristaux de glace avec la profondeur ou l'âge de la glace. Les analyses des lames minces de glace permettant de déterminer ces lois de grossissement des grains ont été réalisées jusgu'à présent manuellement. Le traitement automatique d' images 2D a permis d' analyser les lois de grossissement des grains sur d' autres sites et a permis d' étudier les microstructures en terme d' évolution des distributions de taille et en terme d'évolution de la topologie des grains.

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