L'expression des gènes est finement régulée dans la cellule et soumise à de multiples contrôles-qualité. Cette régulation intervient à différents niveaux, de façon à garantir une synthèse efficace des produits fonctionnels de l'expression génique, et pour assurer une adaptation à un changement environnemental. Notamment, les régulations transcriptionnelles sont cruciales pour contrôler la cinétique et le niveau d'expression des gènes. La transcription pervasive est une transcription généralisée non-codante et instable qui fut révélée chez la levure Saccharomyces cerevisiae. Bien que son potentiel régulateur ait été démontré de façon ponctuelle, la question de sa fonctionnalité globale restait ouverte. Lors de ma thèse, j'ai pu montrer l'existence de phénomènes multiples d'interférence transcriptionnelle liés à la transcription pervasive, pour co-réguler un ensemble de gènes entre la phase exponentielle et la quiescence. En effet, la transcription non-codante en antisens des gènes concernés conduit à leur répression, dans des conditions où ils ne doivent pas être exprimés. Le mécanisme de répression fait intervenir des modifications de la chromatine. La levure bourgeonnante, dépourvue de la machinerie d'ARN interférence, présente donc un système fin de régulation de l'expression génique utilisant la transcription pervasive. / In the cell, gene expression is finely tuned and is submitted to different quality-controls. Gene are regulated at different expression levels in order to guarantee a proper synthesis of functional products, and to ensure an optimal adaptation to environmental changes. In particular, transcriptional regulations are critical for gene expression level and kinetics.Pervasive transcription, defined as a generalized non-coding and unstable transcription, was discovered in the yeast Saccharomyces cerevisiae. Although its regulatory potential was punctually shown, the question of its global functionality still remained. During my PhD, I could show the existence of numerous transcriptional interference mechanisms involved in the co-regulation of a group of genes between exponential phase and quiescence. Indeed, non-coding transcription in antisense to genes promoter leads to its repression in conditions where they have to be switched off. The repression mechanism is allowed by chromatin modifications.Hence, budding yeast that lacks RNA interference machinery has developed a fine regulation system using pervasive transcription.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Every year the queues in hospitals publics and privates grows due to, among others, the increasing of the world population and the delay in the patients service. This is a serious problem faced by administrators of hospitals which believe that it is increasingly difficult to offer services of quality to those who search for them. One of the ways to decrease these queues is through the development of homecare systems that allow the patient to receive the clinic treatment directly in his house. The development of these kind of systems would help to decrease the queues and consequently, would improve the attendance of those who goes to the hospitals looking for assistance. Considering this, this work has as main purpose to present the modelling of an architecture of a pervasive system to be applied in homecare environments. The pervasive systems developed from this modelling aim to improve the services provided by healthcare professionals in the treatment of patients that are located in their houses. The architecture proposed by the methodology uses concepts of pervasive computing to provide access to information anytime and wherever the user is, once that a homecare environment has a high level of dynamicity of the envolved. The knowledge representation of the homecare environment needed in the modelling of the architecture is made through ontologies due to the possibility of reuse of the information stored, as well as the interoperability of information among different computational devices. To validate the proposed methodology, we present two use cases, which are also used to demonstrate the workflow of the pervasive system of homecare. / A cada ano que passa as filas de hospitais públicos e privados crescem devido, entre outros fatores, ao aumento da população mundial e a demora no atendimento de pacientes. Este é um problema sério enfrentado por administradores de hospitais os quais acreditam ser cada vez mais difícil oferecer um serviço de qualidade a quem os procura. Uma das formas de diminuir estas filas é através do desenvolvimento de sistemas de homecare que possibilitam que o paciente receba um tratamento clínico diretamente em sua casa. O desenvolvimento de sistemas deste tipo ajudaria a diminuir as filas e, consequentemente, iria melhorar o atendimento daqueles que forem até os hospitais a procura de auxílio. Considerando isto, este trabalho tem como objetivo principal apresentar uma modelagem para uma arquitetura de um sistema pervasivo para ser aplicado em ambientes de homecare. Os sistemas pervasivos desenvolvidos a partir desta modelagem visam o aprimoramento dos serviços prestados por profissionais da saúde no tratamento de pacientes que encontram-se em suas casas. A metodologia proposta apresenta uma arquitetura que utiliza conceitos de computação pervasiva possibilitando acesso à informação a qualquer hora e independente do lugar onde estejam, uma vez que um ambiente homacare possui um alto grau de dinamicidade dos envolvidos. A representação do conhecimento existente no ambiente homecare necessária para a modelagem da arquitetura é feita através de ontologias devido possibilidadde de reuso das informações ali armazenadas, bem como a interoperabilidade de informações entre diferentes dispositivos computacionais. Para validação da metodologia proposta, são apresentados dois casos de estudos, os quais também são utilizados para demonstração do fluxo de funcionamento do sistema pervasivo de homecare.

Face à l'augmentation de la taille et de la complexité des systèmeslogiciels, il convient de les décrire à un plus haut niveaud'abstraction (i.e., au-delà du code) avant de concrètement lesimplémenter. Toutefois, l'utilisation de ces descriptions de hautniveau dans les processus de construction et de vérification dessystèmes reste très rudimentaire, ne permettant pas de véritablementguider et faciliter le développement logiciel. Cette thèse propose une nouvelle approche pour rendre plus simple etplus sûr le développement de systèmes logiciels. Cette approche reposesur l'utilisation de langages dédiés et sur un couplage fort entre unecouche de spécification et d'architecture et une couched'implémentation. Elle consiste tout d'abord à décrire à un hautniveau d'abstraction différents aspects, à la fois fonctionnels et nonfonctionnels, d'un système dans la couche de spécification etd'architecture. Ces descriptions sont ensuite analysées et utiliséespour personnaliser la couche d'implémentation, afin de faciliter laconstruction et la vérification du système logiciel. Nous illustrons notre approche dans le domaine de l'informatiqueubiquitaire. À la suite d'une analyse complète du domaine, nous avonsconçu deux langages dédiés à l'orchestration d'objets communicants,Pantaxou et Pantagruel. / The sheer size and complexity of today's software systems posechallenges for both their programming and verification, making itcritical to raise the level of abstraction of software developmentbeyond the code. However, the use of high-level descriptions in thedevelopment process still remains rudimentary, improving and guidingthis process marginally.This thesis proposes a new approach to making software developmentsimpler and safer. This approach is based on the use ofdomain-specific languages and a tight coupling between a specificationand architecture layer, and an implementation layer. It consists ofdescribing functional and non-functional aspects of a software systemat a high level of abstraction, using the specification andarchitecture layer. These high-level descriptions are then analyzedand used to customize the implementation layer, greatly facilitatingthe programming and verification of the software system.We have validated our approach in the domain of pervasive computingsystems development. From a complete domain analysis, we haveintroduced two domain-specific languages, Pantaxou and Pantagruel,dedicated to the orchestration of networked smart devices.

The wide-spread presence of wireless networks and the availability of mobile devices has enabled the development of mobile applications that take us a step closer to accomplishing Weiser’s vision of ubiquitous computing (Weiser, 1991). Unfortunately however, network connectivity is still not given anywhere and at any time. To increase the benefit of mobile applications, the next logical step is to provide support for an offline modethat allows to continuously work with an application, even when the device is not connected to a network. In this paper typical problems of replicating data are explained, possible solutions are discussed and two architectural patterns that could be used to implement hybrid support are illustrated.

Avec le développement de l’Internet des Objets, la réalisation d’environnements composés de diverses ressources connectées (objets, capteurs, services, données, etc.) devient une réalite tangible. De plus, la place prépondérante que les smartphones prennent dans notre vie (l’utilisateur étant toujours connecté) font que ces espaces dits ‘intelligents’ ouvrent la voie au développement de nouveaux types d’applications; embarquées dans les téléphones d’utilisateurs nomades – passant d’un environnement connecté (la maison) à un autre (la salle de réunion) – et se reconfigurant dynamiquement pour utiliser les ressources de l’environnement connecté dans lequel celles-ci se trouvent. La création de telles applications va cependant de pair avec le design d’outils supportant les utilisateurs en mobilité, en particulier afin de réaliser la sélection la plus efficace possible des ressources de l’environnement dans lequel l’utilisateur se trouve. Tandis qu’une telle sélection requiert la définition de modèles permettant de décrire de façon précise les caractéristiques de ces ressources, elle doit également prendre en compte les profils et préférences utilisateurs.Enfin, l’augmentation du nombre de ressources connectées, potentiellement mobiles, requiert également le développement de processus de sélection qui “passent à l’échelle”. Des avancées dans ce champ de recherche restent encore à faire, notamment à cause d’une connaissance assez floue concernant les acteurs (ainsi que leurs interactions) définissant (i.e., prenant part à) l’éco-système qu’est un “espace intelligent”. En outre, la multiplicité de diverses ressources connectées implique des problèmes d’interopérabilité et de scalabilité qu’il est nécessaire d’adresser. Si le Web Sémantique apporte une réponse à des problèmes d’interopérabilité, il en soulève d’autres liés au passage à l’échelle. Enfin, si des modèles représentant des “espaces intelligents” ont été développé, leur formalisme ne couvre que partiellement toutes les caractéristiques des ressoures connectées. En particulier, ces modèles tendent à omettre les caractéristiques temporelles, spatiales où encore d’appartenance liées à l’éco-système dans lequel se trouvent ces ressources. S’appuyant sur mes recherches conduites au sein des Bell Labs, cette dissertation identifie les interactions entre les différents acteurs de cet éco-système et propose des représentations formelles, basées sur une sémantique, permettant de décrire ces acteurs. Cette dissertation propose également des procédures de recherche, permettant à l’utilisateur (ou ses applications) de trouver des ressources connectées en se basant sur l’analyse de leur description sémantique. En particulier, ces procédures s’appuient sur une architecture distribuée, également décrite dans cette dissertation, afin de permettre un passage à l’échelle. Ces aides à l’utilisateur sont implémentées au travers de briques intergicielles déployées dans différentes pièces d’un bâtiment, permettant de conduire des expérimentations afin de s’assurer de la validité de l’approche employée. / With the growth in Internet of Things, the realization of environments composed of diverse connected resources (devices, sensors, services, data, etc.) becomes a tangible reality. Together with the preponderant place that smartphones take in the daily life of users, these nascent smart spaces pave the way to the development of novel types of applications; carried by the phones of nomadic users and dynamically reconfiguring themselves to make use of such appropriate connected resources. Creating these applications however goes hand-in-hand with the design of tools supporting the nomadic users roaming in these spaces, in particular by enabling the efficient selection of resources. While such a selection calls for the design of theoretically grounded descriptions, it should also consider the profile and preferences of the users. Finally, the rise of (possibly mobile) connected resources calls for designing a scalable process underlying this selection. Progress in the field is however sluggish especially because of the ignorance of the stakeholders (and the interactions between them) composing this eco-system of “IoT-enabled smart environments”. Thus, the multiplicity of diverse connected resources entails interoperability and scalability problems. While the Semantic Web helped in solving the interoperability issue, it however emphasizes the scalability one. Thus, misreading of the ecosystem led to producing models partially covering connected resource characteristics.Revolving from our research works performed over the last 6 years, this dissertation identifies the interactions between the stakeholders of the nascent ecosystem to further propose formal representations. The dissertation further designs a framework providing search capabilities to support the selection of connected resources through a semantic analysis. In particular, the framework relies on a distributed architecture that we design in order to manage scalability issues. The framework is embodied in a VR Gateway further deployed in a set of interconnected smart places and that has been assessed by several experimentations.

Pour fournir aux utilisateurs des services personnalisés d'adaptation en utilisant uniquement les ressources informatiques accessibles dans un environnement de cloud computing, les applications contexte, conscients besoin d'assimiler à la fois le contexte accessible et dérivés, c'est à dire une combinaison de plus d'un senti données et d'informations dans l'environnement. Contexte des données de dépendance, la dépendance qui se pose entre le contexte des données du producteur et du consommateur, peut se présenter dans un système en raison de nombreuses raisons. Mais comme le nombre de dépendances de contexte pour une augmentation des services, la plus complexe, le système devient à gérer. La thèse aborde les questions de la façon d'identifier les dépendances de contexte, représentent des dépendances de contexte tels, puis les réduire dans un système. Dans la première partie de la thèse, nous présentons deux approches efficaces pour déterminer les relations de dépendance entre les différents services du contexte dans l'environnement informatique ubiquitaire pour aider à mieux analyser les services omniprésents. Une approche est basée sur la théorie des graphes, et nous avons utilisé le tri topologique pour déterminer les dépendances de contexte. La deuxième approche est basée sur la résolution des réseaux de contraintes qui détermine si une entité est affectée lorsque l'état d'une certaine entité autre a changé son état, c.-à-détermination de la nature dynamique de la dépendance contexte. Dans la deuxième partie de la thèse, nous présentons un mode de représentation des dépendances de contexte au sein d'un système. Notre modèle qui représente les dépendances de contexte est basé sur la théorie des ensembles et la logique des prédicats du premier ordre. Le modèle de représentation contexte de dépendance représente également d'autres sources pour l'acquisition de contexte qui peuvent être utilisés dans une affaire dans laquelle les producteurs contexte privilégiées ne sont pas disponibles pour desservir le contexte souhaité pour le consommateur un contexte pertinent, pas plus. En outre, nous essayons de réduire les dépendances de contexte en présentant l'idée du contexte de profil, qui est basé sur la proposition d'un cadre ouvert pour l'acquisition de contexte, la gestion et la distribution. Cette approche heuristique est basée sur l'idée d'utiliser les nœuds mobiles dans un réseau ad hoc avec superposition de plus de ressources que le producteur lui-même contexte pour stocker diverses informations contextuelles sous la bannière du contexte profil, et en outre, fournir le contexte profil au lieu de chaque contexte individuellement sur la base sur les requêtes des nœuds reçoivent des consommateurs contexte. Réunissant les informations de contexte et de mises à jour de contexte à partir de diverses sources, le soutien aux décisions contexte, conscients peut être mis en œuvre efficacement dans un environnement mobile en s'attaquant aux problèmes de dépendance en utilisant le contexte contexte profil / To provide users with personalized adaptive services only using the accessible computing resources in a cloud environment, context aware applications need to assimilate both the accessed and derived context, i.e. a combination of more than one sensed data and information in the environment. Context data dependency, dependency that arises between the context data producer and consumer, may get introduced in a system due to numerous reasons. But as the number of context dependencies for a service increases, the more complex the system becomes to manage. The thesis addresses issues of how to identify context dependencies, represent such context dependencies and then reduce them in a system. In the first part of the thesis, we present two efficient approaches to determine context dependency relations among various services in ubiquitous computing environment to help better analyse the pervasive services. One approach is based on graph theory, and we have used the topological sort to determine the context dependencies. The second approach is based on solving constraint networks which determines whether an entity is affected when the state of a certain other entity has its state changed, i.e. determining the dynamic nature of context dependency. In the second part of the thesis, we present a mode for representation of context dependencies within a system. Our model that represents context dependencies is based on set theory and first-order predicate logic. The context dependency representation model also represents alternative sources for context acquisition that can be utilized in a case in which the preferred context producers are not available to service the desired context to the relevant context consumer any more. Further, we try to reduce the context dependencies by presenting the idea of profile context, which is based on the proposal of an open framework for context acquisition, management and distribution. This heuristic approach is based on the idea of utilizing mobile nodes in an ad hoc overlay network with more resources than the context producer itself to store various contextual information under the banner of profile context, and further, provide profile context instead of each context individually based on the queries the nodes receive from the context consumers. Bringing together the context information and context updates from various sources, support for context aware decisions can be implemented efficiently in a mobile environment by addressing the issues of context dependency using profile context

La représentation des connaissances et le raisonnement sont au cœur du grand défi de l'Intelligence Artificielle. Plus précisément, dans le contexte des applications robotiques, la représentation des connaissances et les approches de raisonnement sont nécessaires pour résoudre les problèmes de décision auxquels sont confrontés les robots autonomes lorsqu'ils évoluent dans des environnements incertains, dynamiques et complexes ou pour assurer une interaction naturelle dans l'environnement humain. Dans un système d'interaction robotique, l'information doit être représentée et traitée à différents niveaux d'abstraction: du capteur aux actions et plans. Ainsi, la représentation des connaissances fournit les moyens de décrire l'environnement avec différents niveaux d'abstraction qui permettent d'effectuer des décisions appropriées. Dans cette thèse, nous proposons une méthodologie pour résoudre le problème de l'interaction multimodale en décrivant une architecture d'interaction sémantique basée sur un cadre qui démontre une approche de représentation et de raisonnement avec le langage (EKRL environment knowledge representation language), afin d'améliorer l'interaction entre les robots et leur environnement. Ce cadre est utilisé pour gérer le processus d'interaction en représentant les connaissances impliquées dans l'interaction avec EKRL et en raisonnant pour faire une inférence. Le processus d'interaction comprend la fusion des valeurs des différents capteurs pour interpréter et comprendre ce qui se passe dans l'environnement, et la fission qui suggère un ensemble détaillé d'actions qui sont mises en œuvre. Avant que ces actions ne soient mises en œuvre par les actionneurs, ces actions sont d'abord évaluées dans un environnement virtuel qui reproduit l'environnement réel pour évaluer la faisabilité de la mise en œuvre de l'action dans le monde réel. Au cours de ces processus, des capacités de raisonnement sont nécessaires pour garantir une exécution globale d'un scénario d'interaction. Ainsi, nous avons fourni un ensemble de techniques de raisonnement pour effectuer de l’inférence déterministe grâce à des algorithmes d'unification et des inférences probabilistes pour gérer des connaissances incertaines en combinant des modèles relationnels statistiques à l'aide des réseaux logiques de Markov (MLN) avec EKRL. Le travail proposé est validé à travers des scénarios qui démontrent l’applicabilité et la performance de notre travail dans les applications du monde réel. / Knowledge Representation and Reasoning is at the heart of the great challenge of Artificial Intelligence. More specifically, in the context of robotic applications, knowledge representation and reasoning approaches are necessary to solve decision problems that autonomous robots face when it comes to evolve in uncertain, dynamic and complex environments or to ensure a natural interaction in human environment. In a robotic interaction system, information has to be represented and processed at various levels of abstraction: From sensor up to actions and plans. Thus, knowledge representation provides the means to describe the environment with different abstraction levels which allow performing appropriate decisions. In this thesis we propose a methodology to solve the problem of multimodal interaction by describing a semantic interaction architecture based on a framework that demonstrates an approach for representing and reasoning with environment knowledge representation language (EKRL), to enhance interaction between robots and their environment. This framework is used to manage the interaction process by representing the knowledge involved in the interaction with EKRL and reasoning on it to make inference. The interaction process includes fusion of values from different sensors to interpret and understand what is happening in the environment, and the fission which suggests a detailed set of actions that are for implementation. Before such actions are implemented by actuators, these actions are first evaluated in a virtual environment which mimics the real-world environment to assess the feasibility of the action implementation in the real world. During these processes, reasoning abilities are necessary to guarantee a global execution of a given interaction scenario. Thus, we provided EKRL framework with reasoning techniques to draw deterministic inferences thanks to unification algorithms and probabilistic inferences to manage uncertain knowledge by combining statistical relational models using Markov logic Networks(MLN) framework with EKRL. The proposed work is validated through scenarios that demonstrate the usability and the performance of our framework in real world applications.

abstract: The advent of commercial inexpensive sensors and the advances in information and communication technology (ICT) have brought forth the era of pervasive Quantified-Self. Automatic diet monitoring is one of the most important aspects for Quantified-Self because it is vital for ensuring the well-being of patients suffering from chronic diseases as well as for providing a low cost means for maintaining the health for everyone else. Automatic dietary monitoring consists of: a) Determining the type and amount of food intake, and b) Monitoring eating behavior, i.e., time, frequency, and speed of eating. Although there are some existing techniques towards these ends, they suffer from issues of low accuracy and low adherence. To overcome these issues, multiple sensors were utilized because the availability of affordable sensors that can capture the different aspect information has the potential for increasing the available knowledge for Quantified-Self. For a), I envision an intelligent dietary monitoring system that automatically identifies food items by using the knowledge obtained from visible spectrum camera and infrared spectrum camera. This system is able to outperform the state-of-the-art systems for cooked food recognition by 25% while also minimizing user intervention. For b), I propose a novel methodology, IDEA that performs accurate eating action identification within eating episodes with an average F1-score of 0.92. This is an improvement of 0.11 for precision and 0.15 for recall for the worst-case users as compared to the state-of-the-art. IDEA uses only a single wrist-band which includes four sensors and provides feedback on eating speed every 2 minutes without obtaining any manual input from the user. / Dissertation/Thesis / Doctoral Dissertation Computer Engineering 2019

This study investigated what factors come into play when looking at the user experience involved with the commercial video game Disney Infinity (2.0 Edition), and sought to determine if the unique combination between sandbox and smart toy based gameplay present in gameplay offers an additional level of immersion. This study analyzed the effect of Disney Infinity (2.0 Edition) on immersion utilizing a Game Immersion Questionnaire modified to analyze play preference as well as video game experience. The study methodology analyzed 48 users while playing in "Toy Box" mode both with and without the associated smart toys, or Disney characters. Results show that while there was no significant difference in immersion for either group, nor were there any significant correlations between variables, there was a preference for playing the game with the associated smart toys in both groups. Recommendations were made for continued research building on modifications to this study as well as future research exploring the potential for smart toys in other areas.

No / Rapid advances in software systems, wireless networks, and embedded devices have led to the development of a pervasive and mobile cyberspace that provides an infrastructure for anywhere/anytime service provisioning in different domains such as engineering, commerce, education, and entertainment. This style of service provisioning enables users to freely move between geographical areas and to continuously access information and conduct online transactions. However, such a high mobility may cause performance and reliability problems during the execution of transactions. For example, the unavailability of sufficient bandwidth can result in failure of transactions when users move from one area (cell) to another. We present a context-aware transaction model that dynamically adapts to the users' needs and execution environments. Accordingly, we develop a new mobility management scheme that ensures seamless connectivity and reliable execution of context-aware transactions during mobility of users. The proposed scheme is designed and developed using a combination of different queuing models. We conduct various experiments in order to show that the proposed scheme optimizes the mobility management process and increases the throughput of context-aware transactions.