A common task in data science at internet companies is to develop metrics that capture aspects of the user experience. In this thesis, we are interested in systems of measurement variables without direct causal relations such that covariance is explained by unobserved latent common causes. A framework for modeling the data generating process is given by Neuro-Causal Factor Analysis (NCFA). The graphical model consists of a directed graph with edges pointing from the latent common causes to the measurement variables; its functional relations are approximated with a constrained Variational Auto-Encoder (VAE). We refine the estimation of the graphical model by developing an MCMC algorithm over Bayesian networks from which we read marginal independence relations between the measurement variables. Unlike standard independence testing, the method is guaranteed to yield an identifiable graphical model. Our algorithm is competitive with the benchmark, and it admits additional flexibility via hyperparameters that are natural to the approach. Tuning these parameters yields superior performance over the benchmark. We train the improved NCFA model on Spotify user behavior data. It is competitive with the standard VAE on data reconstruction with the benefit of causal interpretability and model identifiability. We use the learned latent space representation to characterize clusters of Spotify users. Additionally, we train an NCFA model on data from a randomized control trial and observe treatment effects in the latent space. / En vanlig uppgift för en data scientist på ett internetbolag är att utveckla metriker som reflekterar olika aspekter av användarupplevelsen. I denna uppsats är vi intresserade av system av mätvariabler utan direkta kausala relationer, så till vida att kovarians förklaras av latenta gemensamma orsaker. Ett ramverk för att modellera den datagenererande processen ges av Neuro-Causal Factor Analysis (NCFA). Den grafiska modellen består av en riktad graf med kanter som pekar från de latenta orsaksvariablerna till mätvariablerna; funktionssambanden uppskattas med en begränsad Variational Auto-Encoder (VAE). Vi förbättrar uppskattningen av den grafiska modellen genom att utveckla en MCMC algoritm över Bayesianska nätverk från vilka vi läser de obetingade beroendesambanden mellan mätvariablerna. Till skillnad från traditionella oberoendetest så garanterar denna metod en identifierbar grafisk modell. Vår algoritm är konkurrenskraftig jämfört med referensmetoderna, och den tillåter ytterligare flexibilitet via hyperparametrar som är naturliga för metoden. Optimal justering av dessa hyperparametrar resulterar i att vår metod överträffar referensmetoderna. Vi tränar den förbättrade NCFA modellen på data om användarbeteende på Spotify. Modellen är konkurrenskraftig jämfört med en standard VAE vad gäller rekonstruktion av data, och den tillåter dessutom kausal tolkning och identifierbarhet. Vi analyserar representationen av Spotify-användarna i termer av de latenta orsaksvariablerna. Specifikt så karakteriserar vi grupper av liknande användare samt observerar utfall av en randomiserad kontrollerad studie.

Le vieillissement de la population dans notre société moderne va entraîner de nouveaux besoins pour l’assistance aux personnes âgées et pour la réhabilitation. Les exosquelettes sont une piste de recherche prenant de plus en plus d’importance pour répondre à ces nouveaux challenges. Deux de ces challenges sont, la réalisation d’un contrôle naturel pour l’utilisateur et la sécurité. Cette maîtrise cherche à répondre à ces deux problématiques. Nous avons donc développé un outil de travail informatique utilisant les décharges électriques produites par les neurones moteurs pour contracter les muscles et un modèle des os et des muscles du bras. Cet outil utilise la librairie informatique ROS et OpenSim. Elle permet de connaître la force et le mouvement développés par le coude. De plus, un autre outil informatique a été développé pour optimiser le modèle des os et des muscles du bras pour le personnaliser à l’utilisateur pour un meilleur résultat. Une carte d’acquisition utilisant des électrodes de surface pouvant être reliées avec un ordinateur par USB et compatible avec ROS a été développée. Pour tester les algorithmes développés, un exosquelette pour le coude utilisant un actionneur compliant et contrôlé en force a été conçu. Pour compenser le poids de l’exosquelette et l’effet d’amortissement passif de l’actionneur, une compensation de gravité dynamique a été développée. Finalement, des expérimentations ont été menées sur l’efficacité de l’optimisation du modèle et sur l’exosquelette avec les différents algorithmes.

À l'intérieur des voies de sécrétion, la famille des pro-protéines convertases (PCs) clive des précurseurs protéiques inactifs à une paire d'acides aminés basiques, ce qui résulte en la génération d'une multitude de peptides biologiquement actifs. Parmi la famille des PCs, PC1/3 et PC2 sont bien connues pour leur expression préférentielle chez les cellules neuro-endocriniennes. Cependant, de nombreuses données obtenues par le laboratoire démontrent l'expression basale de toutes les PCs, incluant PC1/3 et PC2, dans les ganglions lymphatiques, la rate et le thymus. Le but du projet était d'analyser l'expression des PCs, en mettant l'emphase sur PC1/3 et PC2 dans des conditions qui miment une infection bactérienne en utilisant le lipopolysaccharide (LPS), connu pour activer les cellules immunitaires via les récepteurs de type Toll. Une analyse spatiale et temporelle des tissus de rats contrôles et traités au LPS a été menée en utilisant l'hybridation in situ, le buvardage de type Northern, la spectrométrie de masse et des tests antibactériens. Concentrant l'étude sur la rate, l'expression basale de PC1/3 a été retrouvée dans la pulpe rouge et la zone marginale, ce qui suggère une expression par les macrophages. Le traitement au LPS a provoqué des changements significatifs dans l'expression de PC1/3 dont une induction chez les lymphocytes B des centres germinatifs. L'expression de PC2, indétectable dans la rate d'animaux contrôles, a été également induite dans les centres germinatifs suite à l'injection de LPS. La proenképhaline, un substrat connu de PC1/3 et PC2, a été induite dans la zone marginale suivant le traitement au LPS. L'analyse en spectrométrie de masse des extraits de rate a démontré la présence du peptide antibactérien enkélytine. L'utilisation de lignées cellulaires immunitaires a permis d'identifier un modèle exprimant PC1/3, soit la lignée de macrophage alvéolaire NR8383. Les expériences in vivo effectuées avec des souris knock-out (KO) pour PC1/3 ou PC2 exposées au LPS ont démontré des différences significatives au niveau de leur survie et de la variation de leur pression artérielle moyenne comparé aux souris de type sauvage. Notre étude confirme que l'expression de PC1/3 et PC2 n'est pas restreinte aux neurones et aux cellules endocriniennes, mais se retrouve aussi chez des macrophages et des lymphocytes. De plus, une plasticité de l'expression des PCs dans les cellules immunitaires a été observée dans des conditions simulant une infection bactérienne. L'ensemble de ces données implique clairement les convertases PC1/2 et PC2 dans la réponse immunitaire.

This research is focused on the integration problem of process planning and scheduling in steel heat treatment operations environment using artificial intelligent techniques that are capable of dealing with such problems. This work addresses the issues involved in developing a suitable methodology for scheduling heat treatment operations of steel. Several intelligent algorithms have been developed for these propose namely, Genetic Algorithm (GA), Sexual Genetic Algorithm (SGA), Genetic Algorithm with Chromosome differentiation (GACD), Age Genetic Algorithm (AGA), and Mimetic Genetic Algorithm (MGA). These algorithms have been employed to develop an efficient intelligent algorithm using Algorithm Portfolio methodology. After that all the algorithms have been tested on two types of scheduling benchmarks. To apply these algorithms on heat treatment scheduling, a furnace model is developed for optimisation proposes. Furthermore, a system that is capable of selecting the optimal heat treatment regime is developed so the required metal properties can be achieved with the least energy consumption and the shortest time using Neuro-Fuzzy (NF) and Particle Swarm Optimisation (PSO) methodologies. Based on this system, PSO is used to optimise the heat treatment process by selecting different heat treatment conditions. The selected conditions are evaluated so the best selection can be identified. This work addresses the issues involved in developing a suitable methodology for developing an NF system and PSO for mechanical properties of the steel. Using the optimisers, furnace model and heat treatment system model, the intelligent system model is developed and implemented successfully. The results of this system were exciting and the optimisers were working correctly.

Les dommages cellulaires consécutifs à l'EME induits par une intoxication par le soman sont accompagnés par une réaction neuro-inflammatoire dont les conséquences sur le les lésions cérébrales restent mal connues. Les antagonistes du récepteur glutamatergique NMDA, comme la kétamine (KET), ont prouvé leur efficacité antiépileptique et neuroprotectrice même pendant la période réfractaire au traitement par benzodiazépines, au-delà de 10 à 20 min après le début des crises. La KET semble posséder également une action anti-inflammatoire périphérique. Pour compléter les données existantes, nous avons évalué l'impact de l'intoxication sur la réponse inflammatoire au moyen de différentes approches (RT-qPCR, dosages protéiques multiplex, histologie) dans le cortex et l'hippocampe de souris intoxiquées par le soman. Afin d'étudier l'efficacité de la KET sur la neuro-inflammation induite, nous avons mesuré, 48 h après l'intoxication, les effets de deux combinaisons de KET associée au sulfate d'atropine (SA) administrées à partir de 30 min ou 60 min après l'intoxication sur l'évolution de la masse corporelle, les dommages cérébraux, l'activation gliale et les taux des ARNm et des protéines de cytokines pro-inflammatoires, de chimiokines et de molécules d'adhésion. Après intoxication par le soman, nous avons mis en évidence une importante activation gliale et une augmentation des ARNm et des protéines de la plupart des médiateurs de l'inflammation étudiés. Les deux protocoles KET/SA ont montré une importante efficacité neuroprotectrice sans totalement supprimer la gliose mais en limitant la production des paramètres inflammatoires étudiés. En conclusion, nos résultats indiquent que de multiples voies inflammatoires sont activées après l'intoxication par le soman. L'utilisation d'une combinaison KET/SA est neuroprotectrice et limite la réponse inflammatoire même lorsque le début du traitement est retardé une heure après l'intoxication.

Background: Until recently, qualitative researchers have avoided interviewing participants with brain injuries because of the ethical and practical dilemmas which may arise and because it has been argued that they may not be able to reflect and accurately report upon their experiences. Therefore, little research has been produced which explores the personal experience of living with a brain injury. Recently, however, some researchers have challenged the view that people with brain injuries are unsuitable as interviewees in qualitative research and have, through their own research, highlighted the importance of understanding their views and perspectives in order to provide them with the best care and rehabilitation. Aims: With this in mind, and in line with current calls for more research gaining the brain injured person’s perspective, this study attempted to gain an in depth understanding of what it is like from the brain injured person’s perspective, to live with an acquired brain injury. The study focussed upon the experience of gaining consciousness following a brain injury, the experience of living with permanent memory loss, the experience of gaining awareness of deficits, the experience of losing an identity and adjusting to a new identity, the impact on relationships with friends and family and experiences as an inpatient in a Brain Injury Unit. Sources of strength and coping mechanisms were also explored. Method: Semi-structured interviews were conducted with six individuals who had severe acquired brain injuries and were inpatients in a post-acute neuro-rehabilitation unit. The verbatim transcripts of the semi-structured interviews were then analysed using Interpretative Phenomenological Analysis (IPA). Results: The analysis produced four master themes. These were: ‘Piecing together the past and becoming aware of the present’, ‘The transition from old self to new self’, ‘Sources of strength and survival’ and ‘Experiences in rehabilitation’. A description of these themes is presented with the corresponding subordinate themes. Conclusions: The clinical implications of the research and guidance for future research are discussed. The study produced a valuable insight into the personal experience of living with a severe acquired brain injury that could be used to inform rehabilitation interventions. The results also indicated that people with acquired brain injuries may experience Post Traumatic Growth.

A new adaptive learning Artificial Immune System (AIS) based committee machine is developed in this thesis. The new proposed approach efficiently tackles the general problem of clustering high-dimensional data. In addition, it helps on deriving useful decision and results related to other application domains such classification and prediction. Artificial Immune System (AIS) is a branch of computational intelligence field inspired by the biological immune system, and has gained increasing interest among researchers in the development of immune-based models and techniques to solve diverse complex computational or engineering problems. This work presents some applications of AIS techniques to health problems, and a thorough survey of existing AIS models and algorithms. The main focus of this research is devoted to building an ensemble model integrating different AIS techniques (i.e. Artificial Immune Networks, Clonal Selection, and Negative Selection) for classification applications to achieve better classification results. A new AIS-based ensemble architecture with adaptive learning features is proposed by integrating different learning and adaptation techniques to overcome individual limitations and to achieve synergetic effects through the combination of these techniques. Various techniques related to the design and enhancements of the new adaptive learning architecture are studied, including a neuro-fuzzy based detector and an optimizer using particle swarm optimization method to achieve enhanced classification performance. An evaluation study was conducted to show the performance of the new proposed adaptive learning ensemble and to compare it to alternative combining techniques. Several experiments are presented using different medical datasets for the classification problem and findings and outcomes are discussed. The new adaptive learning architecture improves the accuracy of the ensemble. Moreover, there is an improvement over the existing aggregation techniques. The outcomes, assumptions and limitations of the proposed methods with its implications for further research in this area draw this research to its conclusion.

ABSTRACT Background: An acquired brain injury can be classified as either a primary brain injury or a secondary brain injury. A secondary brain injury can also be caused by secondary clinical insults, such as epileptic seizures. To date, there have been no studies conducted on whether nursing interventions, such as bathing, oral care and suctioning the endotracheal tube, can cause epileptic seizures when caring for neurosurgical patients in the intensive care ward. Aim: The aim of this study was to explore whether nursing interventions can cause changes in a neurosurgical intensive care ward patient’s EEG pattern. Methods: Qualitative prospective observational study, using descriptive design (non-experimental). There was a total of 12 patients included in this study, all from a neurointensive care ward in the middle of Sweden. The patients were observed using continuous EEG monitoring with video recording all nursing interventions during 48 hours for each patient. The nursing interventions that were conducted were marked and categorised on a data log. The EEG was then analysed by a neurophysiologist, the results of which were also documented on the data log. Results: The total number of nursing interventions that have been observed for all 12 patients are 1170. Of these, 55 percent resulted in a change in the EEG pattern. The changes in an EEG pattern were categorized into one of four categories. The category with the largest percentage of documented changes was muscle artifact. The nursing interventions that resulted in the highest percentage of EEG pattern changes were – Everything at once, Oral care, Hygiene, Change of position and Suctioning the endotracheal tube. A correlation between the duration of nursing interventions and the occurrence of EEG pattern changes was detected. The longer the nursing intervention lasted the more EEG changes were generated. Conclusion: The results of the study show that nursing-related EEG changes can occur. This suggests that nursing interventions may be stressful for the neurosurgical intensive care patient. It is possible that this stress could be palliated by raising awareness among nursing staff of the importance of using sedatives and analgesics before performing nursing interventions.

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

En plus d’être associé à une espérance de vie précaire, les gliomes de haut grade (GHG) s’accompagnent de déficits cognitifs ayant le potentiel d’avoir un impact majeur sur la qualité de vie. Il demeure une compréhension limitée de l’étendue et de la nature des déficits cognitifs des patients en début de parcours de soins, de l’effet de la tumeur elle-même sur les fonctions cognitives tout comme de son lien avec la qualité de vie. L’objectif général de la présente étude était d’effectuer une évaluation cognitive de patients atteints de GHG avant tout traitement afin de décrire leur profil cognitif. Plus précisément, on visait à décrire l’étendue et la nature des déficits cognitifs des patients et explorer la relation entre les fonctions cognitives des patients et les caractéristiques tumorales (volume tumoral et de l’atteinte parenchymateuse) et le niveau de qualité de vie. Une seconde partie de l’étude visait à explorer l’utilité du Montreal Cognitive Assessment (MOCA), un test de dépistage, pour détecter des déficits cognitifs chez des patients atteints d’un GHG. Une étude descriptive transversale exploratoire, comportant un échantillon de 14 patients atteints de GHG nouvellement diagnostiqués et recrutés au Centre Hospitalier Universitaire de Sherbrooke, a été conduite. Les évaluations cognitives ont été effectuées à l’aide d’une batterie de six tests neuropsychologiques et du MOCA. Les volumes tumoraux provenant des imageries par résonance magnétique ont été obtenus grâce à une méthode volumétrique rigoureuse alors que la qualité de vie a été évaluée à l’aide du Sherbrooke Neuro-oncology Assessment Scale. Les résultats ont démontré que des déficits cognitifs sont bien présents en début de parcours de soins chez ces patients. En ce qui à trait aux caractéristiques tumorales, notre étude n’a pu démontrer de corrélation entre les déficits cognitifs et le volume tumoral, soulevant la possibilité d’une absence de lien entre ces deux variables. L’atteinte parenchymateuse créée par la tumeur corrèle avec un test d’évaluation de la vitesse de traitement de l’information (⍴ = -0,784, p = 0,01). Il semblerait par ailleurs que les fonctions cognitives ne soit pas corrélées avec le niveau de qualité de vie. Finalement, le MOCA semble être un outil prometteur pour l’évaluation cognitive des patients présentant des GHG, alors qu’il semble présenter une valeur prédictive positive satisfaisante malgré une sensibilité plus modeste.