Les champignons sont des microorganismes essentiellement connus en écosystèmes aériens, s'étant diversifiés en milieu continental. A partir d'analyses d'horloges moléculaires, nous avons émis l'hypothèse d'une diversification des champignons dans les océans. Par ailleurs, de nombreux auteurs considèrent les écosystèmes hydrothermaux marins profonds comme le Berceau de la Vie : nous avons donc choisi d'étudier ces milieux, très peu exploités en terme de diversité fongique, dans l'espoir de retrouver des champignons ayant conservé des caractères ancestraux de ce Règne. Des analyses de diversité (établies après la création d'une base de données moléculaires dédiée), par PCR indépendantes de la culture (amplification du gène codant l'ARNr18S), ont révélé des organismes se branchant à la base de la phylogénie des champignons (phylum Chytridiomycota), en accord avec notre hypothèse de travail, couplée à une forte diversité spécifique fongique (phyla Chytridiomycota, Basidiomycota, et Ascomycota). Des souches isolées de ces écosystèmes en laboratoire ont également permis de détecter de nombreuses nouvelles espèces de champignons (phylum Ascomycota). Ces 2 approches combinées nous ont ainsi permis de révéler une diversité insoupçonnée dans ces milieux. Des hypothèses évolutives sur la diversification des champignons en milieu marin ont ainsi pu être proposées. Le second objectif de notre travail était de connaître les rôles de ces organismes au sein de ces écosystèmes. Pour cela, nous avons choisi une approche métagénomique originale : l'échantillon choisi sur la base de la fréquence du gène codant l'ARNr18S et des études de diversité, a été pyroséquencé (GS FLX ; 454 Life Sciences, ROCHE). L'échantillon testé contenait un seul phylotype fongique, constituant une branche profonde des champignons (phylum Chytridiomycota). Six ng d'ADN extraits ont été pyroséquencés en 3 runs indépendants : 168.909 contigs (longueur moyenne : 352 pb) ont été assemblés à partir de 1.441.839 séquences individuelles. Deux approches ont alors été choisies. La première consistait à analyser les contigs générés, afin d'extraire les fragments de gènes fongiques et de reconstruire leur métabolisme hypothétique. Des hypothèses de fonctionnement métabolique des champignons dans ces milieux, établies sur la base de recherche d'homologies dans les bases de données (BLASTX, ORF finder, KOG,...) ont pu être établies. La seconde approche, basée cette fois sur l'étude des séquences non assemblées, consistait à reconstruire les voies métaboliques du métagénome (BLASTX, mgRAST, ASGARD), et reconstituer la composition taxonomique de notre échantillon (MEGAN). Les résultats de l'analyse métagénomique présentés dans cette thèse, nous ont permis d'émettre des hypothèses sur les modes de vie des champignons en écosystème hydrothermal et nous ont également permis de reconstruire avec succès les métabolismes bactériens dominants dans l'écosystème. Les limites de cette analyse, ainsi que les nombreuses perspectives qu'offrent ce travail sont également développées.

This article is an attempt to put forward the use of new digital techniques and data for understanding prehistoric landscapes. The starting point is that the specific characteristics of the landscape and of the sites included affect the interpretation. One character is the contemporary landscape and its topographies. Ancient landscapes can be successfully recreated digitally using GIS. By applying GIS methodology, a regression equation and new data, we reinvestigated an hypothesis proposed by Welinder in 1978 concerning the acculturation of the Pitted Ware Culture. The results indicate that a reconstruction of the landscape may alter the understanding of the Neolithic land use and the question of the relocation and termination of the Pitted Ware Culture at the end of Middle Neolithic B.

Sensory information is processed and encoded by neural networks. In order to understand how the nervous system is able to rapidly integrate and store sensory information, knowledge of the connections and properties of the neurons in these circuits is required. The fruit fly Drosophila melanogaster provides a particularly powerful species to investigate the neural circuits of the olfactory system because in addition to possessing a simple olfactory system amenable to circuit analysis, a host of genetic reagents are available, including the GAL4-UAS system for targeted gene expression. The mushroom bodies, paired structures historically implicated in olfactory learning and memory, receive olfactory information at the mushroom body calyx from second-order olfactory projection neurons (PNs). Within the calyx, individual PN axonal boutons are surrounded by dendritic arborizations from intrinsic Kenyon cells (KCs) and each tiny cluster constitutes a single microglomerulus. Cells that connect the calyx with other areas of the brain, extrinsic neurons (ENs), also contribute to microglomeruli. Most of these contain the neurotransmitter, GABA, and are presumed to be inhibitory. In this study, the synaptic characteristics, neural circuits, and plasticity of calycal cells have been investigated using a combination of serial section electron and confocal microscopy. The findings reveal several new features of the circuits in the calyx: 1) The calyx contains three ultrastructurally distinct types of PN boutons that are heterogeneous in shape and exhibit subtle differences in synaptic densities. 2) All PN boutons form both ribbon and non-ribbon synapses, and from their smaller size and fewer postsynaptic partners, non-ribbon synapses may possibly become converted to ribbon synapses after activity; the olfactory signal may then be transmitted more strongly and efficiently at ribbon synapses. 3) PN boutons with an electron-dense cytoplasm have the most ribbon synapses per unit area of membrane as well as the highest ratio of ribbon to non-ribbon synapses, and thus may be more active and efficient than other boutons. 4) KC neurites are not exclusively postsynaptic in the calyx and can form occasional ribbon synapses, the functional interpretation of which awaits identification of their postsynaptic partners and vesicle contents. 5) Each PN bouton may contribute input to a single dendritic KC claw at about three presynaptic sites. For the postsynaptic side, a single claw receives input from individual presynaptic sites that must be highly redundant. 6) There may be important processing of the olfactory signal by local circuits formed by ENs in the calyx; ENs form synaptic connections with PNs, KCs, and other ENs. 7) Extensive serial synapses link EN terminals into a network, presumed to be GABAergic and inhibitory, that extends between microglomeruli and may be autaptic. 8) The structure and synaptic connectivity of microglomeruli may undergo changes after adult emergence. 9) vGAT and GAD1-GAL4 lines drive ectopic expression of marker genes in KCs and are not reliable reporters of GABA-positive cells. 10) Previously identified calycal ENs (MB-C1, MB-C2/C3, MB-CP1) are not immunopositive for GAD1, a marker of GABA-containing cells. 11) A network of ENs expressing a GABA phenotype differently innervates anatomically and functionally discrete areas of the honeybee calyx, and in addition the density of innervation may change with alterations in age and/or experience.

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Much research effort has been devoted to producing algorithms that contribute directly or indirectly to the extraction of 3D information from a wide variety of types of scenes and conditions of image capture. The research work presented in this thesis is aimed at three distinct applications in this area: interactively extracting 3D points from a pair of uncalibrated images in a flexible way; finding corresponding points automatically in high resolution images, particularly those of archaeological scenes captured from a freely moving light aircraft; and improving a correlation approach to dense disparity mapping leading to 3D surface reconstructions. The fundamental concepts required to describe the principles of stereo vision, the camera models, and the epipolar geometry described by the fundamental matrix are introduced, followed by a detailed literature review of existing methods. An interactive system for viewing a scene via a monochrome or colour anaglyph is presented which allows the user to choose the level of compromise between amount of colour and ghosting perceived by controlling colour saturation, and to choose the depth plane of interest. An improved method of extracting 3D coordinates from disparity values when there is significant error is presented. Interactive methods, while very flexible, require significant effort from the user finding and fusing corresponding points and the thesis continues by presenting several variants of existing scale invariant feature transform methods to automatically find correspondences in uncalibrated high resolution aerial images with improved speed and memory requirements. In addition, a contribution to estimating lens distortion correction by a Levenberg Marquard based method is presented; generating data strings for straight lines which are essential input for estimating lens distortion correction. The remainder of the thesis presents correlation based methods for generating dense disparity maps based on single and multiple image rectifications using sets of automatically found correspondences and demonstrates improvements obtained using the latter method. Some example views of point clouds for 3D surfaces produced from pairs of uncalibrated images using the methods presented in the thesis are included. / Al-Baath University / The appendices files and images are not available online.

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Le désir d’atteindre une haute résolution spatiale en imagerie médicale pour petits animaux conduit au développement d’appareils composés de détecteurs de plus en plus petits. Des appareils s’approchant de la résolution théorique maximale en tomographie d’émission par positrons (TEP) sont à nos portes. Pour retirer le maximum d’information de ces appareils, il importe d’utiliser des méthodes de traitement évoluées qui prennent en considération l’ensemble des phénomènes physiques entourant la prise de mesure en TEP. Le problème est d’autant plus complexe à résoudre du fait que ces caméras sont composées de milliers de détecteurs qui donnent lieu à des millions de lignes de réponses mesurées pouvant alors être traitées par un algorithme de reconstruction d’images. Cette situation mène à des problèmes de reconstruction d’images en 3 dimensions (3D) qui sont difficiles à résoudre principalement à cause des limites en ressources mémoires et de calcul des ordinateurs modernes. Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse répondent à deux grands besoins relatifs au domaine de la reconstruction d’images en TEP, soit l'atteinte d'une meilleure qualité d'image et l'accélération des calculs menant à l'obtention de celle-ci. Le premier volet des travaux repose sur le l'élaboration de méthodes de modélisation 3D précises du processus d’acquisition en TEP permettant d'atteindre une meilleure qualité d’image. Ces modèles 3D s'expriment sous forme de matrices systèmes qui sont utilisées par un algorithme de reconstruction d'images. Pour générer ces modèles 3D pour la TEP, des méthodes de calculs analytiques et basées sur des simulations Monte Carlo (MC) ont été développées. Des méthodes hybrides, basé sur des stratégies analytiques et Monte Carlo, ont également été mises en œuvre afin de combiner les avantages des deux approches. Les méthodes proposées se distinguent de l'art antérieur en ce qu'elles tirent profit des symétries du système afin de réduire considérablement le temps de calcul requis pour l'obtention de matrices 3D précises. Pour l’approche analytique, le calcul de la matrice est divisé en diverses étapes qui favorisent la réutilisation de modèles pré-calculés entre les lignes de réponses symétriques de l’appareil. Pour l’approche par simulations MC, la réutilisation des événements MC collectés entre les lignes de réponse symétriques de l’appareil permet d’augmenter la statistique utilisée pour générer la matrice MC et du même coup de réduire le temps de simulation. La méthode hybride proposée permet de réduire encore davantage le temps de simulation MC et cela, sans faire de compromis sur la qualité de la matrice système. Le second volet des travaux repose sur le développement de nouvelles méthodes de reconstruction d’images basées sur un référentiel en coordonnées cylindriques permettant de réduire les contraintes d’espace mémoire et d'accélérer les calculs menant à l’image. Ces méthodes se divisent en deux catégories distinctes. Les premières sont des méthodes dites itératives qui permettent de résoudre le problème de reconstruction d’images par un processus itératif qui réalise une nouvelle estimation de l’image à chaque itération de façon à maximiser le degré de vraisemblance entre l’image et la mesure de l’appareil. Les secondes sont des méthodes dites directes qui permettent de résoudre le problème en inversant la matrice système qui relie l’image à la mesure de projections par une décomposition en valeurs singulières (DVS) de la matrice. La matrice inverse ainsi obtenue peut alors être multipliée directement avec la mesure pour obtenir l’image reconstruite. L’utilisation d’une image en coordonnées cylindriques entraîne une redondance au niveau des coefficients de la matrice système obtenue. En exploitant ces redondances, il est possible d’obtenir une matrice système avec une structure dite bloc circulante qui peut alors être transformée dans le domaine de Fourier afin d’accélérer les calculs lors du processus de reconstruction d’images itératif ou par DVS. De plus, pour la méthode par DVS, l’utilisation d’une matrice bloc circulante factorisée facilite grandement la procédure d'inversion de la matrice par DVS, ce qui rend l’application de la méthode possible pour des problèmes de reconstruction d’images en 3D. Or, la résolution de problèmes aussi complexes n’était jusqu’ici pas possible avec les méthodes par DVS de l’art antérieur dû aux contraintes d’espace mémoire et à la charge excessive de calcul. En somme, les travaux combinés ont pour objectif ultime de réunir à la fois la vitesse de calcul et une qualité d'image optimale en un même algorithme afin de créer un outil de reconstruction 3D idéal pour l'utilisation dans un contexte clinique.

<p>A previously designed lens system is constructed and characterized for possible application to engine diagnostics and 3D reconstructions of combusting flows. Since optical engines cannot be operated at the same conditions as a production engine, optical access to a production engine, with minimum changes in the engine geometry is necessary for developing a better understanding of the in-cylinder processes. The application of a probe designed to fit in the pressure transducer port of a diesel engine was demonstrated in this work. Measurement of various optical parameters established the ability of the lens system to have a good resolution over the entire stroke length of the cylinder. The temperature analysis of the probe and lens system confirmed its ability to withstand the high-temperature conditions in the engine cylinder head. The lens system design was coupled with imaging fibers to transmit images from the image plane of the probe to a high-speed camera located at a safe distance from the combusting environment. Due to the robust design of the probe and its compatibility with an imaging fiber, the probe was identified to be a good alternative as an inexpensive lens system for tomography in challenging environments. To validate its use, 3D reconstruction of a sewing pin using a range of views was demonstrated. Parameters affecting the reconstructions were identified and optimized to obtain high-quality reconstructions. </p>

Les récentes découvertes fossiles en Europe (Dmanissi, Ceprano 1, Gran Dolina) complexifient les théories phylétiques concernant les Hominidés précédant les Néandertaliens : les Anténéandertaliens. Afin de mieux appréhender les relations phylétiques entre les différentes espèces connues (Homo georgicus, H. cepranensis, H. antecessor, H. heidelbergensis et H. neanderthalensis), nous avons étudié morphologiquement les fragments originaux et proposé deux reconstitutions virtuelles de deux spécimens fossiles incomplets du Pléistocène moyen : Arago 21-47, Caune de l'Arago, Pyrénées-Orientales, France, et un spécimen inédit, Biache-Saint-Vaast 2, Pas-de-Calais, France. L'imagerie numérique a permis de corriger les déformations taphonomiques, d'assembler les fragments isolés et de proposer des reconstructions crâniennes après prélèvements virtuels sur d'autres spécimens du Pléistocène moyen, des pièces osseuses manquantes. Nous avons relevé les coordonnées 3D d'une série de points de repères sur ces reconstructions et sur un ensemble représentatif d'Hominidés fossiles pour procéder : aux comparaisons Procustes de Modélisations Segmentaires Inter Points (méthode des Thin Plates Splines) et aux Analyses en Composantes Principales de chaque modélisation crânienne (crâne, calotte crânienne, os frontal, voûte bipariétale et os pariétal droit isolé). Nous avons objectivé après comparaisons morphologiques et Procustes des fragments puis de leurs assemblages, une très grande similitude de conformation spatiale entre ces deux individus, les Néandertaliens et Ceprano 1 et anatomique entre Biache-Saint-Vaast 2 (moindre pour Arago 21) et les Néandertaliens. Nous proposons de : 1/ Considérer Arago 21 et Biache-Saint-Vaast 2 comme des Homo heidelbergensis ancien et récent ; 2/ Reconnaître la présence d'une conformation de type néandertalienne en Europe depuis le Pléistocène inférieur final ; 3/ Nommer Anténéandertaliens tous les individus présentant cette morphologie tridimensionnelle.