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Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2008. / Bibliogr.: f. 66-83. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2002. / Bibliogr.: f. [62]-78. Publié aussi en version électronique.

Dissertation--Heildelberg--Rupertus Carola university, 1999. / Résumé en anglais et allemand. Bibliogr. p. 89-96.

La méthodologie employée dans cette thèse, est de combiner des données RMN haute-résolution aux calculs des paramètres RMN à partir de la structure électronique, afin de comprendre l'influence de l'environnement chimique local de 17O sur les paramètres RMN (déplacement chimique, paramètres quadrupolaires). Les calculs ont été réalisés à l'aide de l'algorithme GIPAW, développé par Pickard etMauri, qui donne accès à l'écrantage magnétique pour tous les noyaux d'une structure donnée. Cette méthode améliore les précédentesapproches ab-initio en prenant en compte les conditions périodiques. Le manuscrit traite de différentes études menés sur plusieurs phases cristallines ou composés amorphes de phosphate de sodium. Des corrélations entre les paramètres RMN et les environnements locaux de l'17O ont ainsi pu être mises en évidence. Dans une étape suivante, des simulations de dynamique moléculaire nous ont permis de générer des configurations de structures vitreuses. Les paramètres RMN obtenus à partir de ces configurations sont présentés et comparés aux résultats expérimentaux. Finalement, les distributions des paramètres RMN sont interprétés par une extension du modèle de Czjzek. / Our strategy is to associate NMR high resolution results and first-principles calculation in order to better understand the influence of 17O local environment onto the NMR parameters (chemical shift, quadrupolar parameters). The calculations were performed using the GIPAW algorithm, developed by Pickard and Mauri, which gives access to the NMR magnetic shielding for all nuclei of a given structure. This method improved previous approaches based on first-principles calculation by considering the symmetrical translation properties in crystals. The document will include data on crystalline as well as glass systems. Indeed, we report data obtained on cristalline sodium phosphates and from which general trends were deduced between the NMR parameters and the structural/local 17Oenvironments. In a following step, molecular dynamics has been used inorder to generate a number of glass structures that would model our real glass systems. The calculated NMR parameters are discussed and compared to those obtained experimentally. Finally, the distribution of NMR parameters usually observed on high resolution spectra will be interpreted using a new distribution model, which is an extension of the so-called Czjzek model

De nombreuses problématiques d'apprentissage artificiel peuvent être modélisées grâce à des fonctions à valeur vectorielles. Les noyaux à valeurs opérateurs et leur espace de Hilbert à noyaux reproduisant à valeurs vectorielles associés donnent un cadre théorique et pratique pour apprendre de telles fonctions, étendant la littérature existante des noyaux scalaires. Cependant, lorsque les données sont nombreuses, ces méthodes sont peu utilisables, ne passant pas à l'échelle, car elle nécessite une quantité de mémoire évoluant quadratiquement et un temps de calcul évoluant cubiquement vis à vis du nombre de données, dans leur implémentation la plus naïve. Afin de faire passer les noyaux à valeurs opérateurs à l'échelle, nous étendons une technique d'approximation stochastique introduite dans le cadre des noyaux scalaires. L'idée est de tirer parti d'une fonction de redescription caractérisant le noyau à valeurs opérateurs, dont les fonctions associées vivent dans un espace de dimension infinie, afin d'obtenir un problème d'optimisation linéaire de dimension finie. Dans cette thèse nous développons dans un premier temps un cadre général afin de permettre l'approximation de noyaux de Mercer définis sur des groupes commutatifs localement compacts et étudions leurs propriétés ainsi que la complexités des algorithmes en découlant. Dans un second temps nous montrons des garanties théoriques en bornant l'erreur commise par l'approximation, avec grande probabilité. Enfin, nous mettons en évidence plusieurs applications des Représentations Opérateurs Aléatoires de Fourier (ORFF) telles que la classification multiple, l'apprentissage multi-tâche, la modélisation des séries temporelles, la régression fonctionnelle et la détection d'anomalies. Nous comparons également ce cadre avec d'autres méthodes de la littérature et concluons par des perspectives à moyen et long terme. / Many problems in Machine Learning can be cast into vector-valued approximation. Operator-Valued Kernels and vector-valued Reproducing Kernel Hilbert Spaces provide a theoretical and practical framework to address that issue, extending nicely the well-known setting of scalar-valued kernels. However large scale applications are usually not affordable with these tools that require an important computational power along with a large memory capacity. In this thesis, we propose and study scalable methods to perform regression with Operator-Valued Kernels. To achieve this goal, we extend Random Fourier Features, an approximation technique originally introduced for scalar-valued kernels, to Operator-Valued Kernels. The idea is to take advantage of an approximated operator-valued feature map in order to come up with a linear model in a finite-dimensional space. This thesis is structured as follows. First we develop a general framework devoted to the approximation of shift-invariant MErcer kernels on Locally Compact Abelian groups and study their properties along with the complexity of the algorithms based on them. Second we show theoretical guarantees by bounding the error due to the approximation, with high probability. Third, we study various applications of Operator Random Fourier Features (ORFF) to different tasks of Machine learning such as multi-class classification, multi-task learning, time serie modelling, functionnal regression and anomaly detection. We also compare the proposed framework with other state of the art methods. Fourth, we conclude by drawing short-term and mid-term perspectives of this work.

La stimulation cérébrale profonde (SCP) du noyau sous-thalamique (NST) est devenue un traitement reconnu dans la maladie de Parkinson (MP) de stade avancé. Le principal facteur influençant la réponse à la SCP est l'emplacement des contacts de l'électrode par rapport au NST. Cette étude rétrospective vise à évaluer à la fois la précision de l'acte chirurgical ainsi que la localisation des contacts actifs, par rapport aux bordures du NST. L'objectif de la chirurgie au CHA-HEJ est d'implanter une électrode à quatre contacts au sein du NST et plus précisément, placer deux contacts à l'intérieur du NST ainsi qu'un au dessus et un en dessous. Pour vingt-trois patients ayant subi une chirurgie de SCP-NST bilatérale, la cible théorique a été calculée selon différentes façons à savoir, à partir des noyaux rouges, du point situé entre les commissures antérieure et postérieure (ACPC) et des données d'électrophysiologie obtenues lors d'une seule et unique trajectoire de microenregistrement peropératoire (MER). Une fusion des images par résonnance magnétique nucléaire (IRM) préopératoires et postopératoires a été effectuée. Une première étape consistait à évaluer la précision de l'acte chirurgical en mesurant la distance entre la cible théorique et l'artefact ferromagnétique représentant la position finale de l'électrode. À l'aide d'un algorithme basé sur des notions pythagoriciennes et trigonométriques, une deuxième étape consistait à déterminer la localisation de chacun des contacts des électrodes, par reconstruction tridimensionnelle, et ce, dans le référentiel ACPC. Finalement, la localisation des contacts actifs utilisés en clinique a été étudiée en fonction des bordures du NST déterminées par MER. Les résultats ont montré que la différence moyenne entre la cible théorique et la cible finale est de 0,77 mm (±0,59) en X et 0,78 mm (±0,59) en Y (p<0,05). Pour 22/35 électrodes (62,9 %), la cible théorique et la cible finale se chevauchent. Différents facteurs pouvant affecter la précision d'implantation ont été étudiés tels que le genre, le déplacement cérébral « brain shift » et la largeur du troisième ventricule en fonction de l'évolution de la maladie et en aucun cas, ces facteurs n'ont eu d'impact significatif (p> 0.05). La localisation de l'ensemble des contacts en fonction des bordures du NST a été déterminée et ils sont majoritairement situés à l'intérieur du NST. En dépit de la stratégie chirurgicale utilisée, cette distribution tend vers le haut. Par ailleurs, la plupart des contacts actifs se situent à l'intérieur du NST et aucun n'est localisé en dessous du NST. Le point de stimulation moyen a également été déterminé par reconstruction (AP(x)=-2,33±0,99, LAT(y)=ll, 67±l, 81, VERT(z)=-2,39±l, 76) et il est situé au niveau de la bordure supérieure du NTS moyen. En conclusion, la procédure chirurgicale utilisée dans notre milieu démontre un bon degré de précision et les contacts actifs les plus souvent utilisés en clinique sont ceux qui se situent dans la région dorsale du NST, région décrite par la littérature comme la plus efficace pour le traitement des symptômes de la MP.

Il est bien établi que le thalamus joue un rôle crucial dans la génération de l'oscillation lente synchrone dans le cortex pendant le sommeil lent. La puissance des ondes lente / delta (0.2-4 Hz) est un indicateur quantifiable de la qualité du sommeil. La contribution des différents noyaux thalamiques dans la génération de l’activité à ondes lentes et dans sa synchronisation n'est pas connue. Nous émettons l'hypothèse que les noyaux thalamiques de premier ordre (spécifiques) influencent localement l’activité à ondes lentes dans les zones corticales primaires, tandis que les noyaux thalamiques d'ordre supérieur (non spécifiques) synchronisent globalement les activités à ondes lentes à travers de larges régions corticales. Nous avons analysé les potentiels de champ locaux et les activités de décharges de différentes régions corticales et thalamiques de souris anesthésiées alors qu'un noyau thalamique était inactivé par du muscimol, un agoniste des récepteurs GABA. Les enregistrements extracellulaires multi-unitaires dans les noyaux thalamiques de premier ordre (VPM) et d'ordre supérieur (CL) montrent des activités de décharges considérablement diminuées et les décharges par bouffées de potentiels d'action sont fortement réduites après inactivation. Nous concluons que l'injection de muscimol réduit fortement les activités de décharges et ne potentialise pas la génération de bouffées de potentiel d'action à seuil bas. L'inactivation des noyaux thalamiques spécifiques avec du muscimol a diminué la puissance lente / delta dans la zone corticale primaire correspondante. L'inactivation d'un noyau non spécifique avec le muscimol a significativement réduit la puissance delta dans l'ensemble du cortex étudié. Nos expériences démontrent que le thalamus a un rôle crucial dans la génération de l'oscillation lente corticale. / It is well established that thalamus plays a crucial role in the generation of the synchronous slow oscillation in the cortex during non-REM sleep. The slow/delta power (0.2-4 Hz) is the main measured factor of the quality of sleep. However, the contribution of different thalamic nuclei to the generation of the slow wave activities and its synchronization is not known. We hypothesized that the first-order (specific) thalamic nuclei provide a control of slow waves in primary cortical areas, while higher-order (non-specific) thalamic nuclei may synchronize the slow-wave activities across wide cortical regions. We analyzed local field potentials and spiking activities from different cortical and thalamic areas of anesthetized mice while a thalamic nucleus was inactivated by the GABA-agonist muscimol. Extracellular multiunit recordings in first-order (VPM) and higher-order (CL) thalamic nuclei show dramatically decreased spiking activity and strongly reduced burst firing after inactivation with muscimol. We conclude that the injection of muscimol strongly reduced the spiking activity and does not potentiate the generation of low-threshold spike mediated bursts. Inactivation of specific thalamic nuclei with muscimol decreased the slow/delta power in the corresponding primary cortical area. The inactivation of a non-specific nucleus with muscimol significantly reduced the delta power in all investigated cortical areas. Our experiments demonstrate that the thalamus is required for the fine tuning of the cortical slow oscillation.

Le présent mémoire corrobore l'hypothèse selon laquelle l'hippocampe, le cortex préfrontal et le noyau reuniens du thalamus constituent un réseau fonctionnel dans lequel le noyau reuniens servirait d'interfacé entre l'hippocampe et le cortex pré frontal. Bien que la voie hippocampo-corticale de ce réseau ait été abondamment étudiée, cela n'est pas le cas pour la voie reuniens-préfrontale. Nous décrivons ici, pour la première fois, la réponse de neurones du cortex préfrontal médian aux stimulations du noyau reuniens. Chez des chats sous anesthésie (kétamine-xylazine), nous avons effectué simulatanément 1) des enregistrements intra- et extracellulaires dans le cortex préfrontal médian et 2) des stimulations du noyau reuniens ou de l'hippocampe à l'aide d'électrodes bipolaires. Nous avons ainsi démontré que la réponse de neurones du cortex préfrontal médian aux stimulations du noyau reuniens est distincte des réponses évoquées par des stimulations hippocampiques, que la voie reuniens-préfrontale est sujette à la plasticité à court terme et qu'une région restreinte du cortex préfrontal médian sert de relai à la voie hippocampo-cortico-thalamique.

Ce mémoire est une synthèse, sous forme de sélection d'articles, des travaux développés depuis ma soutenance de thèse en 2001. De nombreuses lignes de recherche se sont dégagées dans les années qui ont suivi ma thèse et mes activités scientifiques se sont développées en suivant différentes directions. Le noyau atomique est un système quantique composé par N fermions qui nécessite un traitement théorique basé sur des modèles microscopiques. Les travaux développés et l'expérience acquise dans ce domaine se prêtent donc de manière très naturelle à des extensions interdisciplinaires pour l'étude d'autres systèmes quantiques formés par N fermions comme, par exemple, les agrégats métalliques ou les gaz d'atomes fermioniques piégés. J'ai exploré quelques-uns de ces liens interdisciplinaires et l'ensemble de ces activités a contribué à former ma vision générale du problème à N corps. Cela a par ailleurs enrichi et élargi mes perspectives de recherche en physique nucléaire. La plus longue partie du mémoire est consacrée à la réflexion autour des noyaux exotiques effectuée avec des modèles basés sur le champ moyen pour étudier : l'évolution de la structure loin de la stabilité et certains phénomènes exotiques liés à cette évolution, les corrélations d'appariement, les halos, l'effet sur les propriétés de l'état fondamental du terme tenseur et d'autres termes non standards dans l'interaction de Skyrme. Des applications dans les domaines des réactions et de l'astrophysique nucléaire sont aussi discutées. Quelques extensions de la méthode RPA sont détaillées. Ces travaux visent à une formulation complètement auto-consistante de la méthode pour un meilleur traitement des corrélations dans l'état fondamental des systèmes à N corps. Dans les conclusions et perspectives du mémoire, les limites de validité de l'approximation de champ moyen sont mises en évidence et un certain nombre de possibilités d'amélioration du pouvoir prédictif et de raffinement des modèles sont présentées et discutées.