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Dissertationen zum Thema „Excitation (physiologie) – Modèles mathématiques“
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Paragot, Paul. „Analyse numérique du système d'équations Poisson-Nernst Planck pour étudier la propagation d'un signal transitoire dans les neurones“. Electronic Thesis or Diss., Université Côte d'Azur, 2024. http://www.theses.fr/2024COAZ5020.
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Les questions neuroscientifiques concernant les dendrites incluent la compréhension de leur plasticité structurale en réponse à l'apprentissage et la manière dont elles intègrent les signaux. Les chercheurs visent à élucider ces aspects pour améliorer notre compréhension de la fonction neuronale et de ses complexités. Cette thèse vise à offrir des perspectives numériques concernant la dynamique du voltage et des ions dans les dendrites. Notre objectif est de modéliser l'excitation neuronale dans les dendrites. Nous abordons la dynamique ionique suite à l'afflux de signaux nerveux. Pour les simuler précisément, nous résolvons le système d'équations Poisson-Nernst-Planck (PNP). Le système PNP est reconnu comme le modèle standard pour caractériser le phénomène d'électrodiffusion des ions dans les électrolytes, y compris les structures dendritiques. Ce système non linéaire présente des défis en modélisation et en calcul en raison de la présence de couches limites rigides (BL). Nous proposons des schémas numériques basés sur la méthode des volumes finis Discrete Duality Finite Volumes (DDFV) pour résoudre le système PNP. Elle permet un raffinement local du maillage au niveau de la BL, en utilisant des maillages généraux. Cette approche facilite la résolution du système sur un domaine 2D représentant la géométrie des dendrites. Nous utilisons des schémas numériques préservant la positivité des concentrations ioniques. Chapitres 1 et 2 présentent le système PNP et la méthode DDFV ainsi que ses opérateurs discrets. Le chapitre 2 présente un couplage "linéaire" des équations et explore son schéma numérique associé. Ce couplage a des problèmes de convergence, où nous illustrons ses limites à travers des résultats numériques. Le chapitre 3 introduit un couplage "non linéaire", permettant une résolution numérique précise du système PNP. Les deux couplages sont effectués avec la méthode DDFV. Dans le chapitre 3, nous illustrons la convergence d'ordre 2 en espace. Nous simulons un cas test impliquant la BL. Nous appliquons le schéma DDFV à la géométrie des épines dendritiques en 2D et discutons nos simulations en les comparant avec des simulations en 1D de la littérature. Nous introduisons également deux configurations originales de dendrites, fournissant des informations sur la manière dont les épines dendritiques s'influencent mutuellement, révélant l'étendue de leur influence mutuelle. Nos simulations montrent la distance de propagation de l'influx ionique lors des connexions synaptiques. Dans le chapitre 4, nous résolvons le système PNP sur un système multi-domaines 2D composé d'une membrane, d'un milieu interne et d'un milieu externe. Cette approche permet la modélisation de la dynamique du voltage de manière plus réaliste, et aide également à vérifier la cohérence des résultats du chapitre 3. Nous utilisons le logiciel FreeFem++ pour résoudre le système PNP dans ce contexte. Nous présentons des simulations correspondant aux résultats du chapitre 3, démontrant la sommation linéaire dans une bifurcation dendritique. Nous étudions la sommation des signaux en ajoutant des entrées à la membrane d'une branche dendritique. Nous identifions un seuil d'excitabilité où la dynamique du voltage est significativement influencée par le nombre d'entrées. Nous offrons également des illustrations numériques de la BL à l'intérieur du milieu intracellulaire, observant de petites fluctuations. Ces résultats sont préliminaires, visant à fournir des informations pour comprendre la dynamique dendritique. Le chapitre 5 présente un travail collaboratif mené lors du Cemracs 2022. Nous nous concentrons sur un schéma de volumes finis composite où nous visons à dériver les équations d'Euler avec des termes sources sur des maillages non structurésNeuroscientific questions about dendrites include understanding their structural plasticityin response to learning and how they integrate signals. Researchers aim to unravel these aspects to enhance our understanding of neural function and its complexities. This thesis aims at offering numerical insights concerning voltage and ionic dynamics in dendrites. Our primary focus is on modeling neuronal excitation, particularly in dendritic small compartments. We address ionic dynamics following the influx of nerve signals from synapses, including dendritic spines. To accurately represent their small scale, we solve the well-known Poisson-Nernst-Planck (PNP) system of equations, within this real application. The PNP system is widely recognized as the standard model for characterizing the electrodiffusion phenomenon of ions in electrolytes, including dendritic structures. This non-linear system presents challenges in both modeling and computation due to the presence of stiff boundary layers (BL). We begin by proposing numerical schemes based on the Discrete Duality Finite Volumes method (DDFV) to solve the PNP system. This method enables local mesh refinement at the BL, using general meshes. This approach facilitates solving the system on a 2D domain that represents the geometry of dendritic arborization. Additionally, we employ numerical schemes that preserve the positivity of ionic concentrations. Chapters 1 and 2 present the PNP system and the DDFV method along with its discrete operators. Chapter 2 presents a "linear" coupling of equations and investigate its associated numerical scheme. This coupling poses convergence challenges, where we demonstrate its limitations through numerical results. Chapter 3 introduces a "nonlinear" coupling, which enables accurate numerical resolution of the PNP system. Both of couplings are performed using DDFV method. However, in Chapter 3, we demonstrate the accuracy of the DDFV scheme, achieving second-order accuracy in space. Furthermore, we simulate a test case involving the BL. Finally, we apply the DDFV scheme to the geometry of dendritic spines and discuss our numerical simulations by comparing them with 1D existing simulations in the literature. Our approach considers the complexities of 2D dendritic structures. We also introduce two original configurations of dendrites, providing insights into how dendritic spines influence each other, revealing the extent of their mutual influence. Our simulations show the propagation distance of ionic influx during synaptic connections. In Chapter 4, we solve the PNP system over a 2D multi-domain consisting of a membrane, an internal and external medium. This approach allows the modeling of voltage dynamics in a more realistic way, and further helps checking consistency of the results in Chapter 3. To achieve this, we employ the FreeFem++ software to solve the PNP system within this 2D context. We present simulations that correspond to the results obtained in Chapter 3, demonstrating linear summation in a dendrite bifurcation. Furthermore, we investigate signal summation by adding inputs to the membrane of a dendritic branch. We identify an excitability threshold where the voltage dynamics are significantly influenced by the number of inputs. Finally, we also offer numerical illustrations of the BL within the intracellular medium, observing small fluctuations. These results are preliminary, aiming to provide insights into understanding dendritic dynamics. Chapter 5 presents collaborative work conducted during the Cemracs 2022. We focus on a composite finite volume scheme where we aim to derive the Euler equations with source terms on unstructured meshes
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Liautard, Camille. „Mécanismes physiopathologiques dans deux modèles murins d'épilepsie liée à la mutation des canaux sodiques 1. 1“. Nice, 2012. http://www.theses.fr/2012NICE4080.
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L’épilepsie est caractérisée par la récurrence de crises épileptiques résultant d’une activité neuronale hyper synchrone et excessive. Les canaux sodiques dépendants du potentiel (Nav), en participant à l’initiation et la propagation des potentiels d’action, sont des acteurs essentiels dans l’excitabilité neuronale. A l’heure actuelle, de nombreuses mutations épileptogéniques ont été identifiées au niveau du gène SCN1A codant la sous-unité α des canaux Nav1. 1. Ces canaux seraient particulièrement impliqués dans l’excitabilité des interneurones GABAergiques inhibiteurs du cerveau (Yu et al. , 2006). Au cours de ma thèse, j’ai étudié deux épilepsies génétiques liées à des mutations des canaux Nav1. 1 : le syndrome de Dravet (SD), une épilepsie pharmaco-résistante très grave de l’enfance ; et l’Epilepsie Génétique avec Convulsions Fébriles Plus (EGCF+), une épilepsie présentant un phénotype hétérogène plus modéré. Afin de comprendre les mécanismes physiopathologiques impliqués dans ces épilepsies, nous avons réalisé des enregistrements électrophysiologiques dans des tranches de cerveau. Ces enregistrements ont été réalisés au niveau de différents circuits neuronaux dans deux modèles murins présentant des altérations au niveau du gène SCN1A : les souris invalidées pour ce gène (souris Knock-Out-KO-) mimant le SD et les souris portant la mutation R1648H (souris Knock-In-KI-) mimant l’EGCF+. Nos travaux ont mis en avant une implication particulière de l’hippocampe dans la génération des crises épileptiques chez les souris KO. Cette structure présente une hyperexcitabilité du réseau neuronal entraînée par un défaut de la transmission synaptique liée à la perte de fonction des Nav1. 1. De plus, dans des conditions épileptogènes, une activité spécifique à notre modèle a été mise en évidence. Enfin, l’utilisation in vitro d’antiépileptiques a montré des effets similaires à ceux retrouvés chez les patients. L’ensemble de ces résultats placent ce modèle murin comme un outil de choix dans la recherche sur le SD. Chez la souris KI, nous avons étudié l’activité de la boucle thalamo-corticale, un réseau neuronal qui serait impliqué dans la génération de crises généralisées type absence présentes chez les patients EGCF+. L’hyperexcitabilité neuronale spontanée enregistrée au niveau de la boucle a mis en avant un fort impact de la mutation R1648H. Cette hyperexcitabilité serait corrélée à une altération spécifique de l’excitabilité des neurones inhibiteurs des différentes structures impliquées dans le circuit thalamo-corticale. Cette altération serait alors à l’origine du dysfonctionnement de la transition inhibitrice observée dans la boucle. En conclusion, nos résultats ont permis de caractériser les mécanismes physiopathologiques présents dans des circuits neuronaux qui pourraient être impliqués dans la génération des crises épileptiques. Les modèles murins permettront par la suite le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques et l’étude des troubles cognitifs observés chez les patients présentant un phénotype très sévèreDravet Syndrome (DS), a very severe pharmaco-resistant epilepsy of infancy, and Genetic Epilepsy with febrile Seizures Plus (GEFS+), presenting a moderate phenotype, are two epilepsies linked to an heterozygous mutation of SCN1A, the gene coding for voltage-dependent sodium channels 1. 1. To better understand the pathogenic mechanisms in these epilepsies, electrophysiological recordings in brain slices from two animal models with altered SCN1A were performed. Our data have shown a specific implication of the hippocampus in the generation of epileptic seizures in mice models of DS. This structure presents a hyperexcitability of the neuronal network due to an inhibitory transmission defect linked to the Nav1. 1 loss of function. In epileptogenic conditions, an activity specific to our model was identified. In GEFS+ mice models, the thalamo-cortical network, implied in the generation of absence seizures observed in patients, was studied. A spontaneous neuronal hyperexcitability in the circuit was detected. This hyperexcitability could be correlated to the specific alteration of the inhibitory neurons present in the different structures of the circuit. This alteration may be responsible for the inhibitory transmission dysfunction observed in the thalamo-cortical network. In conclusion, we have characterized the pathogenic mechanisms present in these neuronal networks. These mice models will be used in the future to develop new therapeutic strategies
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Langlois, Cyril. „L'enregistrement isotopique des tissus minéralisés des vertébrés : apports de la modélisation numérique à l'estimation des influences de la physiologie, de l'écologie et du régime alimentaire“. Lyon 1, 2005. http://www.theses.fr/2005LYO10061.
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Des travaux pionniers (Longinelli, 1984) ont montré que les teneurs en isotopes stables de l'oxygène des os d'animaux homéothermes pouvaient être reliées à celles de l'eau des précipitations ou de l'eau de boisson, lesquelles dépendent, à leur tour, de la température ambiante. Le phosphate et le carbonate des os et des dents constituent ainsi un outil de reconstitution paléoenvironnementale, d'autant que le fractionnement isotopique entre tissu minéralisé et liquides extracellulaires, fonction de la température du corps, est constant chez les homéothermes. Pour les ectothermes, dont la température corporelle dépend de la température ambiante, les isotopes de l'oxygène peuvent servir à des études écophysiologiques (changement de milieu, vitesse de croissance. . . ). L'oxygène des tissus minéralisés provient de celui des fluides du corps, dont la composition isotopique résulte du bilan des flux d'oxygène entrants et sortants et des fractionnements isotopiques associés. La valeur isotopique des fluides n'est donc pas en relation directe avec l'eau du milieu, mais peut être influencée par les autres sources d'oxygène (dont la nourriture) ou par les proportions relatives des différents flux, fonction de la physiologie de l'animal. Des relations empiriques phosphate - eau du milieu ont été obtenues par l'étude d'animaux sauvages dans des milieux connus ou d'animaux élevés dans des conditions contrôlées. Ces résultats n'étant pas toujours concordants, plusieurs auteurs (Bryant & Froelich, 1995; Kohn, 1996) ont proposé de calculer les teneurs isotopiques à l'aide de modélisations des flux d'oxygène traversant l'animal. Le travail présenté ici développe une modélisation numérique des Vertébrés qui fournit les teneurs isotopiques de l'oxygène du phosphate et du carbonate de l'os et des dents en fonction des caractéristiques environnementales et des spécificités des animaux. Dans les cas de l'Homme, des Crocodiliens ou des Rongeurs, on a pu accorder les relations phosphate - eau calculées et empiriques en précisant les valeurs de certains paramètres physiologiques. Par ailleurs, cette modélisation peut être adaptée à d'autres éléments, comme le carbone, l'azote et le calcium
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Perez-Guevara, Fermin. „Production de schizosaccharomyces pombe. Physiologie et paramètres de culture“. Toulouse, INPT, 1992. http://www.theses.fr/1992INPT053G.
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Afin d'etablir les conditions les plus favorables pour la production de la levure schizosaccharomyces pombe, son comportement a basses concentrations en glucose a ete etudie. Les modeles proposes pour la croissance de cette levure ont ete compares aux donnees experimentales relevees dans la litterature. Cette analyse montre que l'hypothese de l'existence d'une limitation dans la capacite respiratoire de la levure doit etre retenue. Les modeles prevoient correctement le comportement de la levure dans les milieux synthetiques non limitants; par contre, la croissance dans des milieux complexes n'est pas bien representee. Aussi, l'effet de la composition du milieu en culture discontinue a ete etudie. Le rapport extrait de levure/sucre semble avoir un role determinant dans l'efficacite de la conversion du substrat en biomasse. Les experiences conduites en discontinu alimente confirment le role important de l'extrait de levure et la necessite d'un rapport equilibre avec le glucose. Sur ce milieu complexe, les caracteristiques de culture (rendement, vitesse) sont comparables a celles obtenues sur le milieu non limitant utilise au laboratoire, bien que les cinetiques soient differentes. Ainsi, l'utilisation de l'extrait de levure se justifie pour des milieux industriels economiques, sous reserve de garder un rapport equilibre avec le substrat carbone
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Guigon, Emmanuel. „Modélisation des propriétés du cortex cérébral : comparaison entre aires visuelles, motrices et préfrontales“. Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1993. http://www.theses.fr/1993ECAP0305.
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Le présent travail s'inscrit dans le cadre des développements récents des sciences cognitives. Le thème central est la modélisation des propriétés et des fonctions du cortex cérébral. Le but de ce travail est de proposer un cadre formel pour la modélisation et, dans ce cadre, de comparer les processus corticaux lies à l'intégration sensorielle (reconnaissance de formes), à la performance motrice (commande du mouvement) et à l'organisation temporelle du comportement (planification). Le chapitre 1 présente une vue générale des principes de modélisation neuronale venant des modèles connexionnistes. Un cadre de modélisation défini à partir des principes d'organisation du cortex cérébral est décrit dans le chapitre 2. Le but de ce chapitre est de fournir une description formelle de ces principes pour la modélisation. En particulier, une formulation mathématique des propriétés computationnelles des circuits corticaux est exposée. Les chapitres 3, 4 et 5 fournissent une description détaillée de modèles d'intégration visuelle, de performance motrice et d'organisation temporelle du comportement. Le chapitre 3 illustre les transformations de l'information rétinienne pour la reconnaissance de formes et le chapitre 4, les transformations pour le contrôle du mouvement du bras. Le chapitre 5 commence par une revue sur le cortex préfrontal et présente un modèle de réseau de neurones construit à partir des propriétés du cortex préfrontal. Ce modèle prédit les activités neuronales pendant l'apprentissage et l'exécution d'une tache de planification similaire à celle utilise pour les études chez le primate (tache de réponse différée). Le chapitre 6 propose une discussion sur les bases biologiques de la plasticité et sur les règles d'apprentissage utilisées pour modéliser les fonctions corticales. Elle montre que la règle de Hebb n'est pas suffisante pour rendre compte des propriétés adaptatives du cortex. Des extensions de cette règle sont proposées, en particulier pour intégrer le temps dans les phénomènes d'apprentissage synaptique et cellulaire. Une théorie qui relie les règles de plasticité et la spécialisation des régions et des fonctions corticales est exposée comme une synthèse des différents modèles proposés
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Demont-Guignard, Sophie. „Interprétation des évènements inter critiques dans les signaux EEG intra cérébraux : apport des modèles détaillés de réseaux neuronaux“. Rennes 1, 2009. http://www.theses.fr/2009REN1S068.
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Cette thèse porte sur l’analyse d’événements électrophysiologiques particuliers rencontrés dans les signaux intracérébraux acquis chez les patients souffrant d’épilepsie partielle et candidats à la chirurgie. L’objectif est d’identifier certains mécanismes impliqués dans la génération d’événements observés en dehors des crises. Pour ce faire, nous avons développé un modèle, à l’échelle cellulaire, de réseau de neurones incluant cellules principales et interneurones qui permet, à partir de la reconstruction du potentiel de champ, de faire le lien entre les signaux enregistrés sur les électrodes intracérébrales et l’activité du réseau. Les travaux sont focalisés sur le champ CA1 de l’hippocampe, structure très impliquée dans les épilepsies du lobe temporal. Au niveau cellulaire, un modèle de neurone pyramidal à deux compartiments a été développé par comparaison à des enregistrements intracellulaires réels obtenus en conditions normale et pathologique. Au niveau du réseau (plusieurs milliers de neurones), le modèle est capable de simuler des évènements ressemblant à des événements paroxystiques réelsThis work deals with the analysis of particular electrophysiological events of intracerebral signals recorded in the pre-surgical evaluation of patients with drug-resistant epilepsy. Our objective was to to explain specific mechanisms involved in the interictal transient events production (epileptic spikes). In order to meet this objective, we have developed a model, at the cellular level, of neuronal network including pyramidal cells and interneurons. This model was able to bridge between recorded signals with intracerebral electrodes and network activity, from the reconstruction of the local field potential (dipole theory). This work is focused on the CA1 subfield of the hippocampus, a structure often involved in temporal lobe epilepsy. At cellular level, a new pyramidal neuron model with two compartments was proposed and validated by comparison with real intracellular recordings, in normal and pathological conditions. At network level (including a large number of cells), the model was able to simulate events that closely resemble actual epileptic spikes
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Lavigne, Jennifer. „Caractérisation de l'hyperexcitabilité cérébrale dans des modèles murins d'épilepsies génétiques et développement d'une nouvelle stratégie pour la réduire“. Electronic Thesis or Diss., Université Côte d'Azur (ComUE), 2016. http://theses.unice.fr/2016AZUR4053.
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Mes travaux de thèse ont porté sur l’étude de deux modèles murins d’épilepsies génétiques de l’enfance liées à des mutations des canaux Nav1.1 (impliqués dans l’excitabilité des neurones inhibiteurs) : le Syndrome de Dravet (SD), une épilepsie pharmaco-résistante sévère, et l’Epilepsie Génétique avec Convulsions Fébriles Plus (EGCF+), présentant un phénotype plus modéré.Ils se sont décomposés en 3 axes : - La première partie mettant en évidence un phénomène d’épileptogenèse dans ces modèles murins.- La seconde permettant d’identifier des conditions expérimentales d’induction d'activités épileptiformes spécifiques du modèle murin du SD sur des tranches de cerveau.- La dernière consistant à mettre au point une stratégie pour réduire l’hyperexcitabilité cérébraleDuring my thesis, I studied two murine models of childhood genetic epilepsies, caused by mutations of Nav1.1 channels (involved in the excitability of inhibitory neurons): Dravet Syndrome (DS), a severe and drug resistant epilepsy, and Genetic Epilepsy with Febrile Seizures Plus (GEFS+), characterized by a milder phenotype.My work is divided into three parts:- The first one revealed a process of epileptogenesis in these murine models.- In the second, I identified experimental conditions to induce epileptiform activities which are specific of the DS model in brain slices, which could allow pharmacological screens ex-vivo.- The third one was aimed at developing a new strategy to reduce cerebral hyperexcitability
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Bornancin, Plantier Audrey. „Conception de modèles de prévision des crues éclair par apprentissage artificiel“. Paris 6, 2013. http://www.theses.fr/2013PA066015.
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Le Sud de la France subit régulièrement des inondations dévastatrices et meurtrières résultant d’épisodes pluvieux très intenses et localisés. La prévision de ces événements rapides et complexes est très difficile. Créé dans ce contexte, le projet FLASH (Flood forecasting with machine Learning, data Assimilation and Semi-pHysical modeling) regroupe plusieurs laboratoires partenaires qui ont pour objectif de fournir au SCHAPI (Service Central d’Hydrométéorologie et d’Appui à la Prévision des Inondations) des modèles de prévision des crues afin d’alimenter la carte de vigilance des crues disponible sur internet. La zone d’étude principale est le Gardon d’Anduze. Des modèles à réseaux de neurones avec deux types d’architecture sont réalisés pour prévoir la hauteur du cours d’eau à partir des pluies et des hauteurs passées. La sélection du nombre de neurones cachés, du nombre de variables, de certains paramètres de l’algorithme d’apprentissage, ainsi que l’initialisation des paramètres des réseaux, déterminante pour l’estimation des performances des modèles, est effectuée par validation croisée. Les prévisions obtenues en test sont intéressantes jusqu’à un horizon de prévision de 2h voire 3h suivant l’événement en test. La mise en œuvre d’un apprentissage adaptatif est décevante. L’utilisation de hauteurs de pluies issues des mesures radar, plutôt que celles provenant des pluviomètres, a conduit à des premiers résultats équivalents. Enfin, la méthodologie établie a été appliquée à la conception de modèles pour la prévision des crues sur le Gardon à Remoulins, bassin versant qui inclut celui précédemment étudié ; ces modèles donnent des résultats satisfaisantsThe South of France is often subject to dramatic floods, which cause casualties and damages. Very intense, localized rainfalls generate fast, complex flash floods that are very difficult to forecast. The FLASH project (Flood forecasting with machine Learning, data Assimilation and Semi-pHysical modeling) was created in this context. It brings together several laboratories from different scientific fields, whose purpose is to provide the French Flood Surveillance Service (SCHAPI), with a model of flood forecasting. These forecasts will feed the real-time flood vigilance map that is available on the Internet. The main watershed under investigation here is the Gardon d’Anduze. Two types of neural networks are designed and trained to forecast the water level at Anduze from the past water levels and rainfalls. The selection of the number of hidden neurons, of the number of inputs, of some parameters of the training algorithm, and of the initialization of the networks parameters, which is crucial for estimating the generalization capability of the models, is performed by cross validation. The forecasts on the test events are satisfactory for 2 to 3 hour-ahead predictions, depending on the test event. An attempt at on-line training for model adaptation was unconvincing. Encouraging preliminary results are obtained by using rainfall estimates from radar images instead of rain gauge measurements. Finally, the methodology is applied to design predictive models of the water level of the Gardon at Remoulins, a watershed that includes the Gardon d’Anduze catchment. The level forecasts at Remoulins are statisfactory up to a prediction horizon of seven to nine hours
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Hamidi, Saad. „Analyse quantitative de l'ECG ambulatoire et étude de la dynamique spatio-temporelle de la repolarisation ventriculaire : méthodes, modèles et résultats“. Lyon, INSA, 1995. http://www.theses.fr/1995ISAL0112.
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Nous proposons, dans ce mémoire, une nouvelle méthodologie d'analyse quantitative de l'BCG ambulatoire en vue de l'étude et de la modélisation de la dynamique spatio-temporelle des différentes phases de l'ECG et la mise en évidence de leurs mécanismes d'interaction. Deux techniques d'interpolation, l'une de type linéaire, l'autre de type cubique spline ont été confrontées de sorte à compenser l'insuffisance de la fréquence d'échantillonnage (128 Hz). Une méthode d'analyse séquentielle, basée sur le logiciel Caviar, a été mise en oeuvre pour la quantification précise des intervalles de temps (QT,. . . ) et l'analyse fine des variations de morphologie des ondes QRS et T. Une première étude de validation a porté sur la mesure des changements de la phase de repolarisation durant les épreuves de tilt-test. L'analyse spectrale par FFT des données événementielles suréchantillonnées à 4 Hz a permis de mettre en évidence une augmentation significative des composantes basses fréquences de l'intervalle QT autour de 0. 1 Hz, en position debout, bien corrélée avec les variations de l'intervalle RR, ce qui correspond à une interaction entre le système sympathique et les potentiels d'action ventriculaire. Une deuxième série de méthodes se situant dans une perspective cognitive a été élaborée pour la modélisation et l'identification du système "coeur" ayant l'intervalle RR comme entrée et l'intervalle QT. Comme sortie. Dans ce contexte deux approches ont été mises en oeuvre, l'une basée sur des méthodes d'identification paramétriques, l'autre sur une méthode d'identification non linéaire de type "boîtenoire" à base de réseaux de neurones. L'approche neuronale s'est avérée efficace puisqu'elle permet de prendre en compte les non-linéarités de la fonction QT(t)=f(RR,t). Les résultats obtenus tant sur le plan de l'apprentissage que sur celui de la prédiction nous ont permis d'appréhender la dynamique de la phase de repolarisation ventriculaire d'une population atteinte du syndrome du QT long en comparaison avec une population de sujets sains témoinsWe propose a quantitative investigation method to study the dynamic relationship between the ambulatory ECG parameters and to evaluate their interaction mechanisms. To overcome the limitations of the sampling frequency (128Hz), we have developed two interpolation methods based on a linear and a cubic spline approach. Our methodology based on CAVIAR serial analysis method to precisely measure the QT interval and to analyze the changes in the QRS and T morphology. First we have developed a set of methods for the precise quantification of the changes of the repolarization phase during tilt tests. Using FFT spectral analysis after oversampling the ECG data at 4 Hz allowed clearly identify spectral events in the QT interval around 0. 1 Hz and a significant increase of the QT low frequency components in upright tilt position that are clearly correlated to RR interval variations and correspond to an interaction between the sympathetic system and the ventricular action potentials. In a second step we have developed methods for the modelization and the identification of the "heart" system with RR as input and QT as output. Two approaches have been assessed, respectively based on parametric models and on Neural Nets. Because of the complexity and the non-linearity of the relationship QT(t)=f(RR,t), parametric models failed in modeling precisely its dynamic behavior. Neural Nets however have proven to be adequate for approximating the non linear characteristics. The results obtained by using the latter approach allowed to characterize the dynamic behavior of the repolarization phase of patients presenting a long QT syndrome
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Ravaz, Nathalie. „Croissance de populations levuriennes mixtes : effet Killer : analyse et modélisation“. Toulouse, INPT, 1992. http://www.theses.fr/1992INPT058G.
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Ce travail porte sur l'etude de populations levuriennes constituees de souches differentes. Il a pour objectif d'analyser les interactions entre ces souches, et de proposer un modele qui represente ces interactions. Une premiere partie developpe la methodologie mise en uvre, et en particulier, les problemes poses par l'identification de souches differentes sont analyses. Un modele d'etude est constitue par un couple levure killer/levure sensible. Des cultures avec differents pourcentages initiaux des deux souches ont ete realisees, et l'effet killer analyse du point de vue cinetique et qualitatif. Les observations physiologiques effectuees ont permis de proposer un modele mathematique traduisant l'effet killer. Ce modele simule convenablement le comportement de la souche sensible soumise a un effet killer; son extension a d'autres situations est discutee. Ce travail presente un double interet: un interet fondamental, puisqu'une meilleure connaissance des interactions permettra une meilleure comprehension de l'ecologie des levures, et un interet industriel par son application aux problemes d'implantation de souches dans des milieux non steriles, cas typique en oenologie
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Dugué, Pierre. „Vers un modèle de la chaîne auditive humaine dans le traitement de l’enveloppe temporelle“. Rennes 1, 2008. http://www.theses.fr/2008REN1S024.
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Ce travail concerne le traitement par la chaîne auditive de l’enveloppe temporelle, i. E. Les fluctuations d’amplitude de fréquence inférieure à quelques dizaines de Hertz dont la perception est liée à l’intelligibilité du signal. Un modèle physiologiquement réaliste du traitement de cette enveloppe par la chaîne auditive est proposé. Il comporte deux parties : la première, de l’oreille externe au colliculus inférieur, génère des réponses unitaires, la seconde, du corps genouillé médian au cortex auditif primaire, des réponses de populations de neurones. Au-delà des indices de performance de validation couramment utilisés dans la littérature, de nouveaux indices sont introduits et validés. Les réponses à la modulation d’amplitude mesurées dans les principaux centres de traitement, notamment au niveau du cortex auditif primaire de sujets humains, sont effectivement reproduites en termes de fonctions de transfert de la modulationThis work is aimed at studying the auditory perception of sound temporal envelope, i. E. The amplitude fluctuations whose frequency is lower than about fifty Hertz, this envelope being closely related to speech intelligibility. A physiological model of the temporal envelope processing is proposed. It is composed of two parts : the first one, from the outer ear to the inferior colliculus, generates unitary responses and the second one, from the medial geniculate body to the primary auditory cortex, neural populations responses. In addition to indices frequently used in the literature, two new indices are proposed and validated. Responses to amplitude modulation measured in the main processing centres of the temporal envelope, particularly in the human primary auditory cortex, are effectively reproduced in terms of modulation transfer functions
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Soria, Martínez Rubén. „Modeling of local excitation processes in molecular nanojunctions“. Thesis, Strasbourg, 2020. http://www.theses.fr/2020STRAE017.
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L’une des application les plus remarquables de l’effet tunnel est le microscope à effet tunnel (STM) qui permet de cartographier spatialement et énergétiquement la répartition des électrons à la surface des matériaux avec une résolution nanométrique. Des avancées récentes permettent en outre d’exploiter la pointe du STM comme une source d’excitation locale des matériaux. Le travail de thèse présenté dans ce manuscrit vise à décrire et à modéliser les phénomènes impliqués lors d’une telle excitation. Nous présentons une modélisation des spectres d’absorption de molécule de phthalocyanine reposant sur des surfaces dans le cadre de la théorie de la fonctionnelle de densité dépendante du temps (TD-DFT). Nous montrons que l’analyse spectroscopique des transitions entre l’état fondamental et les états excités de la molécule permet de caractériser son état de contrainte. Nous mettons également en évidence une variété de spectres d’excitation selon la localisation de l’excitation de la molécule. Nous discutons la possibilité d’exploiter ce phénomène pour caractériser les transports d’énergie inter-moléculaireOne of the most remarkable applications of the tunnel effect is the Scanning Tunneling Microscope (STM), allowing to get the spatially and energetically map distribution of electrons on the surface of materials with nanometric resolution. Recent advances make it possible to exploit the tip of the STM as a source of local excitation of materials. The work presented in this manuscript aims to describe and model the phenomena involved in such excitation process. We present a modeling of the absorption spectra of phthalocyanine molecules lying on surfaces within the framework of the time-dependent density functional theory (TD-DFT). We show that spectroscopic analysis of the transitions between the ground state and the excited states of the molecule allows to characterize the stress inside the molecule. We also highlight a variety of excitation spectra depending on the location of the excitation of the molecule. We discuss the possibility of exploiting this phenomenon to characterize inter-molecular energy transport
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Weens, William. „Mathematical modeling of liver tumor“. Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00779177.
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Comme démontre récemment pour la régénération du foie après un dommage cause par intoxication, l'organisation et les processus de croissance peuvent être systématiquement analyses par un protocole d'expériences, d'analyse d'images et de modélisation [43]. Les auteurs de [43] ont quantitativement caractérise l'architecture des lobules du foie, l'unité fonctionnelle fondamentale qui constitue le foie, et en ont conçu un modèle mathématique capable de prévoir un mécanisme jusqu'alors inconnu de division ordonnée des cellules. La prédiction du modèle fut ensuite validée expérimentalement. Dans ce travail, nous étendons ce modèle a l'échelle de plusieurs lobules sur la base de résultats expérimentaux sur la carcinogène dans le foie [15]. Nous explorons les scénarios possibles pouvant expliquer les différents phénotypes de tumeurs observés dans la souris. Notre modèle représente les hépatocytes, principal type de cellule dans le foie, comme des unités individuels avec un modèle a base d'agents centré sur les cellules et le système vasculaire est représenté comme un réseau d'objets extensibles. L'équation de Langevin qui modélise le mouvement des objets est calculée par une discrétisation explicite. Les interactions mécaniques entre cellules sont modélisées avec la force de Hertz ou de JKR. Le modèle est paramètre avec des valeurs mesurables a l'échelle de la cellule ou du tissue et ses résultats sont directement comparés avec les résultats expérimentaux. Dans une première étape fondamentale, nous étudions si les voies de transduction du signal de Wnt et Ras peuvent expliquer les observations de [15] où une prolifération instantanée dans les souris mutées est observée seulement si 70% des hépatocytes sont dépourvues d'APC. Dans une deuxième étape, nous présentons une analyse de sensibilité du modèle sur la rigidité de la vasculature et nous la mettons en relation avec un phénotype de tumeur (observe expérimentalement) où les cellules tumorales sont bien différentiées. Nous intégrons ensuite dans une troisième 'étape la destruction de la vasculature par les cellules tumorales et nous la mettons en relation avec un autre phénotype observe expérimentalement caractérise par l'absence de vaisseaux sanguins. Enfin, dans la dernière étape de notre étude nous montrons que des effets qui sont détectables dans les petits nodules tumoraux et qui reflètent les propriétés des cellules tumorales, ne sont plus présents dans la forme ou dans le phénotype des tumeurs d'une taille excédant la moitié de celle d'un lobule.
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Tlapale, Olivier Émilien. „Modelling the dynamics of contextual motion integration in the primate“. Nice, 2011. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00850265.
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Dans cette thèse, nous étudions l’intégration du mouvement chez le primate. En se basant sur les connaissances actuelles concernant l’anatomie et les fonctions de deux aires corticales impliquées dans le mouvement, VI et MT, nous expliquons un certains nombre de réponses perceptuelles et oculo-motrices rapportées dans la littérature. Tout d’abord, nous construisons un modèle récurrent d’intégration du mouvement se basant sur un nombre minimal d’hypothèses concernant les interactions corticales. En proposant un simple mécanisme de « lecture », nous sommes capables de reproduire non seulement la perception, mais aussi les dynamiques oculaires de poursuite sur des stimuli de type ligne ou grille. De là, en se basant sur des études physiologiques concernant les champs récepteurs, nous construisons un deuxième modèle dynamique dans lequel l’information concernant le mouvement est dirigée par un signal de forme. Pour cela, nous postulons que le cortex visuel utilise la régularité de la luminance pour diriger la diffusion du mouvement. Un tel mécanisme élémentaire de diffusion permet de résoudre des problèmes contextuels, dans lesquels les jonctions extrinsèques doivent être ignorées, sans avoir besoin d’utiliser des mécanismes plus complexes tels que les détecteurs de jonctions ou le calcul de profondeur. Enfin, nous reformulons le modèle initial dans le cadre du formalisme des champs neuronaux afin d’analyser mathématiquement ses propriétés. Nous incorporons la rétroaction multiplicative dans le formalisme et prouvons l’existence et l’unicité de la solution. Afin de généraliser les comparaisons aux performances du système visuel, nous proposons une nouvelle méthodologie d’évaluation basée sur les performances du système visuel humain, accompagnée d’une série de vidéos issues de la littérature biologique et psychophysique. En effet, une méthodologie d’évaluation adaptée nous semble essentielle afin de continuer les progrès en modélisation des mécanismes neuraux impliqués dans le traitement du mouvement. Pour conclure, nous analysons les performances de notre modèle d’intégration du mouvement en l’appliquant à des problèmes classiques et récents issus de la vision par ordinateur. En dépit de son objectif initial, notre modèle est capable de donner des résultats comparables aux récentes approches proposées en vision par ordinateur au niveau de l’estimation de mouvementThis thesis addresses the study of motion integration in the primate. Based on anatomical and functional knowledge of two cortical areas involved in motion perception, namely VI and MT, we explain various perceptual and oculo-motor responses found in the literature. First, we build a recurrent model of motion integration where a minimal number of cortical interactions are assumed. Proposing a simple readout mechanism, we are able to reproduce not only motion perception but also the dynamics of smooth pursuit eye movements on various line figures and gratings viewed through different apertures. Second, following perceptual studies concerning motion integration and physiological studies of receptive fields, we construct another dynamical model where motion information is gated by form cues. To this end, we postulate that the visual cortex takes advantage of luminance smoothness in order to gate motion diffusion. Such an elementary diffusion mechanism allows to solve various contextual problems where extrinsic junctions should be eliminated, without relying on complex junction detectors or depth computation. Finally, we rewrite the initial dynamical model into the neural field formalism in order to mathematically analyse its properties. We incorporate the multiplicative feedback term into the formalism, and prove the existence and uniqueness of the solution. To generalise the comparison against visual performance, we propose a new evaluation methodology based on human visual performance and design a database of image sequences taken from biology and psychophysics literature. Offering proper evaluation methodology is essential to continue progress in modelling the neural mechanisms involved in motion processing. To conclude, we investigate the performances of our neural field model by comparison against state of the art computer vision approaches and sequences. We find that, despite its original objective, this model gives results comparable to recent computer vision approaches of motion estimation
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Fin, Loïc. „Etude et modélisation de la circulation du liquide cérébro-spinal (LCS)“. Compiègne, 2002. http://www.theses.fr/2002COMP1406.
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Pour comprendre les conditions physiologiques et pathophysiologiques de la circulation du Liquide Cérébro-Spinal (LCS), comme le développement des hydrocéphalies, il faut en connaître les propriétés hydrodynamiques. Du fait de sa localisation dans la cavité crânienne, les techniques d’exploration in vivo sont très invasives. L’utilisation de modèles présente donc un intérêt considérable en fournissant les grandeurs ‘pressions, vitesse) inaccessibles à la mesure, qui définissent les mouvements du LCS. Dans cette étude, nous étudions la dynamique intracrânienne sous l’angle de la mécanique des fluides afin de calculer localement ces grandeurs. Nous utilisons des méthodes de discrétisation pour résoudre numériquement les équations de Navier-Stokes et de continuité : le schéma de Crank-Nicolson pour les termes temporels, l’espace de l’écoulement du LCS est discrétisé par une grille Marker-And-Cell régulière, décalée, un maillage par triangulation représente la membrane interface entre cerveau et LCS, la méthode Immersed Boundaries traduit les interactions entre la membrane et le fluide. Les équations sont résolues itérativement par la méthode de compressibilité artificielle. Afin de rendre le modèle plus réaliste, la géométrie sur laquelle la modélisation est effectuée est obtenue à partir d’un processus de traitement d’images anatomiques d’IRM et les conditions limites de l’écoulement sont extrapolées sur des mesures du débit de LCS dans l’aqueduc de Sylvius par conséquences d’IRM de flux. Dans une première étape, la méthode de résolution est appliquée à des cas tests dont les solutions sont connues. Les sources d’erreurs sont identifiées et, si besoin, une correction est proposée. La simulation est ensuite appliquée sur une géométrie anatomique dont les parois sont rigides, dans un premier temps et déformables, dans un second temps. Les résultats montrent une influence importante de la déformabilité des parois de l’aqueduc sur les grandeurs à l’origine du mouvement.
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Gindre, Cyrille. „Modélisation des relations entraînements – performances – adaptations physiologiques chez des athlètes spécialistes de demi-fond court et de fond“. Reims, 2009. http://www.theses.fr/2009REIMS011.
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Le modèle de Banister permet d'estimer les performances sportives sur la base des charges d'entraînement réalisées par un athlète. L'estimation repose sur la différence entre deux fonctions mathématiques représentant respectivement l'aptitude et la fatigue. Ce travail propose de tester la validité du modèle de Banister. Pour ce faire, nous avons suivi l'évolution avec l'entraînement, des performances et des qualités physiques (aérobies, anaérobies, force, vitesse, puissance musculaire) d'un groupe de coureurs spécialistes de longues distances (≥ 10 km) et d'un groupe de spécialistes de demi-fond court (800 m). La prise en compte conjointe des performances réalisées, des qualités physiques et de paramètres biologiques nous a permis 1) d'avoir une vue intégrée des adaptations de l'organisme avec l'entraînement 2) d'estimer la validité des fonctions antagonistes du modèle de Banister. Nous avons ainsi pu montrer que l'évolution sur une saison sportive, des qualités physiques des spécialistes de demi-fond court, se réalise selon des principes qui permettent de rapprocher les adaptations de l'organisme de celles d'un écosystème constitué de différentes "espèces" en relation. Bien que le modèle de Banister permette d'estimer les performances réalisées par les athlètes, nous avons montré que les fonctions d'aptitude et de fatigue sur lesquelles il repose, ne peuvent être reliées de manière valide à l'évolution des paramètres physiologiques de performance et de fatigue. Nous en concluons que le modèle de Banister est davantage un modèle de données qu'un modèle pouvant être relié aux structures. Ces résultats constituent une étape préliminaire au développement d'un nouveau type de modèle – dont nous avons proposé certaines bases – permettant de relier les entraînements réalisés, les performances obtenues et les adaptations de l'organismeBanister's model has been used to correlate training with performance. The basic assumption is that a dose of training contributes to both fitness and fatigue. Performance is related to the difference between these two first-order transfer functions. In the present study we tested the validity of the Banister model. For this, we followed developments of performance and physical qualities (aerobic, anaerobic, strength, speed, muscle power) with training of two group of runners specialists of long (≥ 10 km) and short (800 m) distances. The consideration of joint performance, physical and biological parameters allowed us 1) to have an integrated view of organism adaptations with training 2) to assess the validity of antagonist functions of the Banister's model. We were thus able to show that physical qualities evolution of short distances specialists on a season is done according to principles that can bring changes to the organization from those of an ecosystem consisting of different "species". Although Banister's model could be used to estimate performances, we have shown that fitness and fatigue functions may not be so valid linked to the physiological parameters of actual performance and fatigue. We conclude that the Banister's model is more a model of data than a model of structure. These results are a preliminary step in developing a new kind of model – which we proposed the foundation-for – linking training, performance and physical adaptation
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Muradore, Fabien. „Optimisation de la forme pour l'amélioration de la qualité d'essuyage des pare-brise“. Toulouse 3, 2004. http://www.theses.fr/2004TOU30220.
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Blondel, Nicolas. „Modélisation de la relation temps limite de course versus intensité relative de l'exercice : applications à l'entraînement“. Lille 2, 2002. http://www.theses.fr/2002LIL2MT15.
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La modélisation de la relation entre le temps limite d'exercice et la vitesse de déplacement (tlim=f(V)) lors de la course à pied permet de calculer les paramètres vitesse critique (VC) et capacité de distance anaérobie (CDA). Ce travail a trois objectifs principaux 1) expliquer en partie la variabilité importante des temps limites de course lorsque l'intensité de l'exercice est déterminée en pourcentage de la consommation maximale d'oxygène (VO2max), 2) analyser l'influence du modèle mathématique, utilisé pour le calcul de la relation tlim=f(V), 3) étudier les effets d'un entraînement intermittent à allures supramaximales sur les paramètres VC et CDA, en relation avec les modifications de la vitesse au seuil d'inadaptation ventilatoire (Vseuil) et du déficit maximal accumulé en oxygène. Les résultats de la première étude montrent qu'en tenant compte de la VC et de la vitesse maximale de course, il est possible de proposer des intensités d'exercices individualisées permettant de réduire la variabilité des temps limites de course. La seconde étude confirme l'influence du choix du modèle mathématique sur la détermination des paramètres VC et CDA. L'utilisation d'un modèle hyperbolique à trois composantes permet de calculer une VC non significativement différente de la Vseuil. Dans la troisième étude, la VC et de la CDA sont significativement augmentés après entraînement, mais l'amplitude des modifications est dépendante du modèle mathématique utilisé. Des relations significatives sont obtenues entre les variations de la VC calculée à l'aide du modèle linéaire et les variations du VO2max. Le modèle linéaire semble le plus intéressant dans une perspective de terrain. Il permet une estimation de la Vseuil et est sensible aux effets de l'entraînement. Son utilisation est très accessible, ce qui est d'un intérêt particulier pour les entraîneurs et les enseignants d'éducation physiqueTime versus velocity relationship for running exercises : applications to training. Calculation of the relationships between time limit (tlim) and velocity (tlim=f(V)) allows the determination of the critical velocity (Cv) and anaerobic distance capacity (ADC). The aims of this thesis were 1) to explain the variability of time limit when exercise intensity is expressed as a percentage of maximal oxygen uptake (VO2max), 2) to analyse the influence of the equation used to fit the tlim=f(V) relationship on the Cv and ADC parameters, 3) to determine the effects of a high intensity training program on the Cv and ADC parameters, with regard to changes in ventilatory threshold (Vtresh) and maximal accumulated oxygen deficit. The first study demonstrated that exercise intensity individualized according to Cv and maximal velocity allowed to reduce the interindividual tlim variability. The second study confirms the influence of the mathematical model on the Cv and ADC parameters determination. The Cv calculated with the 3 component hyperbolic model was not significantly different from Vtresh. In the last study, the training program allowed a significant improvement of Cv and ADC. However, the magnitude of the improvement depends on the mathematical model used. Significant relationships were found between changes in Cv (linear model) and changes in VO2max. In an in-the-field perspective, the linear model seems to be the most interesting for coaches or physical education teachers
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Benmaamar, Ramla. „Role of neuropeptide Y and its receptors in the development of epileptogenesis in mice and rats“. Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008), 2003. http://www.theses.fr/2003STR13007.
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Paquier, Williams. „Apprentissage ouvert de représentations et de fonctionalités en robotique : analyse, modèles et implémentation“. Toulouse 3, 2004. http://www.theses.fr/2004TOU30233.
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L'acquisition autonome de représentations et de fonctionnalités en robotique pose de nombreux problèmes théoriques. Aujourd'hui, les systèmes robotiques autonomes sont conçus autour d'un ensemble de fonctionnalités. Leurs représentations du monde sont issues de l’analyse d'un problème et d'une modélisation préalablement données par les concepteurs. Cette approche limite les capacités d'apprentissage. Nous proposons dans cette thèse un système ouvert de représentations et de fonctionnalités. Ce système apprend en expérimentant son environnement et est guidé par l’augmentation d’une fonction de valeur. L'objectif du système consiste à agir sur son environnement pour réactiver les représentations dont il avait appris une connotation positive. Une analyse de la capacité à généraliser la production d'actions appropriées pour ces réactivations conduit à définir un ensemble de propriétés nécessaires pour un tel système. Le système de représentation est constitué d'un réseau d'unités de traitement semblables et utilise un codage par position. Le sens de l'état d'une unité dépend de sa position dans le réseau. Ce système de représentation possède des similitudes avec le principe de numération par position. Une représentation correspond à l'activation d'un ensemble d'unités. Ce système a été implémenté dans une suite logicielle appelée NeuSter qui permet de simuler des réseaux de plusieurs millions d'unités et milliard de connexions sur des grappes hétérogènes de machines POSIX. Les premiers résultats permettent de valider les contraintes déduites de l'analyse. Un tel système permet d'apprendre dans un même réseau, de façon hiérarchique et non supervisée, des détecteurs de bords et de traits, de coins, de terminaisons de traits, de visages, de directions de mouvement, de rotations, d'expansions, et de phonèmes. NeuSter apprend en ligne en utilisant uniquement les données de ses capteurs. Il a été testé sur des robots mobiles pour l'apprentissage et le suivi d'objetsAutonomous acquisition of representations and functionalities by a machine address several theoretical questions. Today’s autonomous robots are developed around a set of functionalities. Their representations of the world are deduced from the analysis and modeling of a given problem, and are initially given by the developers. This limits the learning capabilities of robots. In this thesis, we propose an approach and a system able to build open-ended representation and functionalities. This system learns through its experimentations of the environment and aims to augment a value function. Its objective consists in acting to reactivate the representations it has already learnt to connote positively. An analysis of the generalization capabilities to produce appropriate actions enable define a minimal set of properties needed by such a system. The open-ended representation system is composed of a network of homogeneous processing units and is based on position coding. The meaning of a processing unit depends on its position in the global network. This representation system presents similarities with the principle of numeration by position. A representation is given by a set of active units. This system is implemented in a suite of software called NeuSter, which is able to simulate million unit networks with billions of connections on heterogeneous clusters of POSIX machines. .
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Lavigne, Jennifer. „Caractérisation de l'hyperexcitabilité cérébrale dans des modèles murins d'épilepsies génétiques et développement d'une nouvelle stratégie pour la réduire“. Thesis, Université Côte d'Azur (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016AZUR4053/document.
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Mes travaux de thèse ont porté sur l’étude de deux modèles murins d’épilepsies génétiques de l’enfance liées à des mutations des canaux Nav1.1 (impliqués dans l’excitabilité des neurones inhibiteurs) : le Syndrome de Dravet (SD), une épilepsie pharmaco-résistante sévère, et l’Epilepsie Génétique avec Convulsions Fébriles Plus (EGCF+), présentant un phénotype plus modéré.Ils se sont décomposés en 3 axes : - La première partie mettant en évidence un phénomène d’épileptogenèse dans ces modèles murins.- La seconde permettant d’identifier des conditions expérimentales d’induction d'activités épileptiformes spécifiques du modèle murin du SD sur des tranches de cerveau.- La dernière consistant à mettre au point une stratégie pour réduire l’hyperexcitabilité cérébraleDuring my thesis, I studied two murine models of childhood genetic epilepsies, caused by mutations of Nav1.1 channels (involved in the excitability of inhibitory neurons): Dravet Syndrome (DS), a severe and drug resistant epilepsy, and Genetic Epilepsy with Febrile Seizures Plus (GEFS+), characterized by a milder phenotype.My work is divided into three parts:- The first one revealed a process of epileptogenesis in these murine models.- In the second, I identified experimental conditions to induce epileptiform activities which are specific of the DS model in brain slices, which could allow pharmacological screens ex-vivo.- The third one was aimed at developing a new strategy to reduce cerebral hyperexcitability
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Boutkhil, Latifa. „Coopération entre les aires corticales pour l'acquisition des capacités de reconnaissance visuelle invariante : modélisation fonctionnelle“. Paris, EHESS, 2002. http://www.theses.fr/2002EHES0121.
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Nous pouvons reconnaître des objets alors que des changements de points de vue, de la position de l’œil, de taille, d’orientation, de position relative ou des déformations de l’objet lui-même (par exemple d’un journal ou d’un gymnaste) modifient de manière notable leurs projections rétiniennes. Comment cette capacité cognitive peut-elle être apprise ? C’est à cette question que nous tentons de répondre dans ce travail, qui s’inscrit dans le cadre des Sciences Cognitives, associant neurosciences, psychologie expérimentale et modélisation connexionniste pour prendre en compte la richesse du substrat biologique et la multiplicité des apprentissages du nourrisson. On tente de décrire une utilisation progressive des différentes sources d’informations sensorielles et motrices à partir de la logique de maturation du système nerveux, dans un même réseau connexionniste dont la combinatoire est la plus proche possible, dans ses grandes lignes, de celle du cortex visuel. Dans le cadre de ce réseau connexionniste, on s’attache au problème de l’acquisition de l’invariance visuelle que l’on décompose en une suite d’apprentissages progressifs à partir des données développementales, et on s’intéresse à l’enchaînement causal généré par ce réseau, liant par exemple le développement de l’exploration oculaire et celui des capacités perceptives. Le chapitre I pose les bases conceptuelles du connexionnisme, en s’attachant plus particulièrement aux capacités d’invariance relative des différents modèles de réseaux de neurones « classiques » et à leurs limites. Le chapitre II. A présente une synthèse minimaliste quant aux données issues de la neurobiologie, de psychologie expérimentale, concernant l’architecture du système visuel, avec pour grille d’analyse le problème de la représentation des objets dans le but d’obtenir une reconnaissance invariante. Un avant-propos à cette partie fera le point sur les principales théories de reconnaissance invariante. Le chapitre II. B propose une revue de l’existant comme solutions connexionnistes au problème de la reconnaissance visuelle invariante, à savoir une classification des différents modèles de réseaux de neurones, plausibles biologiquement ou non, ordonnée en quatre grandes méthodes d’obtention de l’invariance : i) Invariance par le codage de la forme d’entrée (transformation locale ou globale) ; ii) Invariance par apprentissage de la transformation géométrique ; iii) Invariance par la structure du réseau de neurones ou méthodes de corrélation ; iv) Invariance 3D par interpolation entre des vues 2D : a) mémorisation de prototypes par réseaux connexionnistes de type RBF et b) exploitation de l’information de contiguïté spatio-temporelle. Le chapitre III s’attache, à la lumière des concepts du chapitre I, aux opérations neurales réalisées par le cortex visuel en tant qu’architecture de réseau de réseaux de « colonnes » corticales. Dans ce paradigme connexionniste, une évaluation fonctionnelle des capacités d’invariance d’un modèle du système visuel est proposée à partir de deux simulations sur réseau de transputers pour une application de reconnaissance de caractères. Les propriétés d’invariance en translation et en homothétie obtenues, résultent principalement des coopérations entre deux réseaux (l’un modélisant la voie temporale du cortex visuel, dédié plus particulièrement à l’identification, l’autre modélisant la voie pariétale dédiée à la perception de l’espace et son exploration oculaire). Pour atteindre l’objectif de cette thèse qui consiste à mettre en correspondance les étapes de développement visuel du jeune enfant avec la mise en place des relations fonctionnelles qui peuvent permettre la constance perceptive, le chapitre IV propose une modélisation fonctionnelle qui resitue aux différents niveaux de l’architecture du système visuel en développement les modèles de réseaux neuronaux proposés au chapitre II. B pour résoudre le problème de l’invariance perceptive. Cette modélisation fonctionnelle s’appuie également sur les mécanismes validés par simulation au chapitre IIIWe can recognize objects despite changes of point of view, eye’s position, size, orientation, relative position or non rigid transformations of the object itself (for instance of a newspaper or a gymnast). How this cognitive ability can be learned? That’s the question we try to answer in that work, which slots in the Cognitive Science framework, coupling neuroscience, experimental psychology, and connectionist modelling in order to take into account the richness of the biological neural substrate and of the multiplicity of the infant’s learning. We try to describe a progressive use of different kinds of sensorial and motor information, from the maturation logic of the nervous system, in the same connectionist neural network, which’s combinatory resembles in the most closer way possible to the actual visual cortex system. Within the framework of this connectionist neural network, we focus on the problem of the acquisition of perceptive visual invariants, that we modularise in a series of different learning stages from the developmental data, and we are interested in the causal sequence generated by this network, linking for instance the development of ocular exploration and the development of infant’s perceptual abilities. The first chapter reminds the conceptual foundations of connectionism, pointing particularly on the relative invariance capacities and the limits of different “classical” neural networks models. In the first part of the second chapter, we propose a review of the data from neurobiology, experimental psychology relative to the architecture of the cortical visual system, analysed from the point of view of the objects coding for an invariant recognition. A foreword to this part will present a synthesis on the principal invariant recognition theories. The second part gives a review of the connectionist solutions to the invariant visual recognition problem, naming a classification of different kinds of neural networks models, biologically plausible or not, arranged in four big classes to get perceptive invariance: I) invariance through the input coding (local or global transformation), II) invariance thanks to changes of the neural network structure or correlation methods: III) invariance to perspective by interpolation between a collection of 2D views: a)memorization of prototypes by RBF connectionists networks and b) use of the information of the spatiotemporal continuity. With the concepts of the first, the third chapter focus on the neural processing, realized by the visual cortex, considered as an architecture of a network of “cortical column” networks. Within this connectionist paradigm, a functional benchmarking of the invariance capacities of such a model of the cortical visual system is proposed from two simulations on a network of transputers applied a task of characters recognition. The relative translation and scale invariance capacities obtained, result principally from the cooperation between two networks (the first one models the temporal way of the visual cerebral cortex, dedicated more particularly to the identification task, the second one models the parietal, dedicated to the perception of space and ocular exploration). In order to reach the goal of this thesis, which consists in finding the correspondences between the development stages of the infant’s visual system and the setting of functional relations that could allow perceptive invariance, the last chapter proposes a functional modelling, that posits at the different levels of the architecture of the visual system in maturation, the neural networks models detailed previously in the second part of the second chapter to solve the problem of invariant recognition. This functional modelling make reference to the mechanisms simulated in the second part of the third chapter
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Ammar, Aymen. „Modélisation et Optimisation d'un Générateur Synchrone à Double Excitation de Forte Puissance“. Phd thesis, Ecole Centrale de Lille, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00907699.
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Alliant flexibilité de contrôle et bon rendement, les Machines Synchrone à Double Excitation (MSDE) sont de plus en plus investiguées pour diverses applications de petites et moyennes puissances et rarement pour des applications de fortes puissances. Cette thèse a pour objectif l'étude d'un Générateur Synchrone à Double Excitation (GSDE) de forte puissance. Un modèle de comportement a été établi. Des méthodes analytiques et semi-analytiques ont été utilisées pour la modélisation multi-physique de la machine. Ce modèle a été validé, dans un premier temps, par comparaison aux résultats d'un modèle éléments finis.Comparé à un Générateur Synchrone à Pôles Saillants (GSPS), le GSDE offre des solutions plus intéressantes énergétiquement et économiquement, que ce soit en fonctionnement à vitesse constante ou à vitesse variable. Dans le cadre d'un fonctionnement en générateur éolien, l'augmentation du nombre d'encoche par pôle et par phase et l'augmentation de la fréquence d'alimentation contribuent à l'amélioration des performances de la GSDE. Cependant il faudrait tenir compte des impacts sur l'électronique de puissance et le multiplicateur mécanique. En plus, la distribution de Weibull et le bon choix de la plage utile de variation de la vitesse du vent, jouent un rôle important sur le dimensionnement optimal du générateur éolien.Un prototype de GSDE d'une puissance d'1MVA a été dimensionné, optimisé et fabriqué. Tout d'abord, le prototype a servi à la validation du modèle multi-physique. En plus la réalisation des essais sur deux étapes (avant et après le collage des aimants permanents) a montré l'apport énergétique du GSDE par rapport au GSPS
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Trichet, Rémy. „Modélisation de la résorption d'un œdème de la prostate : approche par éléments finis“. Master's thesis, Université Laval, 2009. http://hdl.handle.net/20.500.11794/21067.
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Ce projet est le résultat d'une collaboration entre le laboratoire de vision et systèmes numériques (LVSN) de l'Université Laval et le département de Radio-oncologie du CHUQ. Il consistait à développer une méthode de simulation de la résorption d'un oedème de la prostate. La méthode développée est basée sur l'algorithme des masses-tenseurs élastique linéaire et sur une discrétisation en éléments finis. Elle consiste à étirer artificiellement le contour de la prostate pour simuler l'oedème, puis à relâcher et observer le comportement. Cette méthode a l'avantage de donner un modèle tridimensionnel de la résorption de l'oedème contrairement aux modèles existants qui sont des modèles de modélisation de la décroissance du volume seulement, comme le modèle exponentiel par exemple. Les résultats obtenus avec cette méthode sont assez proches du comportement réel. Ces résultats seront éventuellement exploités dans la boucle de calcul de dosimétrie pour le traitement du cancer de la prostate par curiethérapie avec implants permanents. Le modèle visco-élastique linéaire servira également à la réalisation d'un simulateur de traitement en réalité virtuelle.
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Daya, Bassam. „Résolution numérique des équations du champ neural : étude de la coordination du mouvement par des modèles mathématiques du cervelet“. Angers, 1996. http://www.theses.fr/1996ANGE0013.
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Nous abordons le problème de la coordination du mouvement par les deux approches continues et discrètes, afin de les comparer en vue du neurocontrôle en robotique. Dans le premier chapitre, le formalisme des champs et les équations du champ pour un tissu nerveux ont été rappelés. Ces équations incluent les mécanismes physiologiques du système nerveux pour mieux tenir compte de la réalité. Les hypothèses permettant de retrouver les modèles classiques ont été déterminées, prouvant ainsi la généralité de la théorie du champ envisagée. Dans le deuxième chapitre, la résolution numérique des équations du champ est réalisée au moyen de la technique des éléments finis et des différences finies. Il est supposé que l'équation au niveau neuronal est bidimensionnelle, alors que celle du niveau synaptique est à une dimension. A la fin de ce chapitre, nous proposons des simulations pour les réseaux multicouches classiques illustrant la propagation de l'activation. Dans le troisième chapitre, nous présentons les premiers résultats de l'application du formalisme des champs au cervelet. En particulier, les propriétés concernant l'effet de la localisation géométrique des neurones et l'effet de la hiérarchie sont déduites. Dans le quatrième chapitre, nous commençons par l'étude du modèle du cervelet en boucle fermée en analysant le rôle de la fibre grimpante dont on sait qu'elle véhicule le signal d'erreur. La méthode analytique utilisée, est fondée sur une technique classique d'optimisation. Nous généralisons ensuite notre méthode. Enfin nous abordons dans une dernière section un aspect de la robotique mobile. Nous avons considéré l'exemple simplifie d'un bipède dont il faut contrôler l'équilibre dynamique par l'accélération articulaire du tronc. On montre que notre modèle permet d'apprendre à contrôler l'équilibre dynamique du système pour les trajectoires apprises et d'anticiper celles qui sont non apprises.
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Ferrari, Maxence. „Study of a biosonar based on the modeling of a complete chain of emission-propagation-reception with validation on sperm whales“. Thesis, Amiens, 2020. http://www.theses.fr/2020AMIE0006.
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Le cachalot, Physeter macrocephalus, possède le plus grand biosonar de la nature. Composé de plusieurs poches d'huile, le sonar du cachalot est conçu pour fonctionner de la surface de la mer jusqu'à une profondeur de 2 kilomètres, émettant des clics pouvant aller jusqu'à 236 dB, et est polyvalent, car il produit des clics pour l'écholocation ou la socialisation. Cependant, la cire liquide qui compose le sonar a fait des cachalots la cible de la chasse jusqu'en 1986, lorsque la population restante était beaucoup trop petite pour rester commercialement viable, en particulier avec l'arrivée de produits similaires développés par l'industrie pétrochimique. La population de cachalots est toujours confrontée à certaines menaces humaines, comme l'ingestion de plastique et la collision avec des bateaux continuant de faire des ravages sur la population de cachalots. L'étude des cachalots donne ainsi des résultats dans de multiples domaines, en conservation, en éthologie, ainsi qu'en bioacoustique. Comprendre le mécanisme qui régit le sonar du cachalot aidera à étudier ces autres domaines, car il s'agit d'un élément clé de la vie du cachalot. Dans ce but, cette thèse a analysé trois bases de données aux caractéristiques distinctes, obtenant la trajectoire des plongées de cachalots. Les clics enregistrés ont été également reliés au cachalot qui les avait émis, et ce sur plusieurs années d'enregistrement fait sur la même population. Une simulation de propagation des ondes à travers la tête du cachalot a également été développée pour mieux comprendre le mécanisme complexe de ce sonar. Enfin, une méthode de couplage a été développée pour améliorer les paramètres de la simulation en utilisant les clics enregistrés des bases de données précédemment citéesThe sperm whale, Physeter macrocephalus, posses the largest biosonar in nature. Made of multiple oil sac, the sperm whale sonar is tailored to function from the sea surface down to a depth of 2 kilometers, emitting click as loud as 236 dB, and is multipurpose, as it produces clicks for either echolocation or socializing. However, the liquid wax that composes is sonar, made the sperm whales the target of whaling until 1986, when the remaining population was far too small to remain commercially viable, especially with the arrival of similar products from the petrochemical industry. The sperm whale population still faces some human threats, with the ingestion of plastic and collision with boats continuing to take a toll on the sperm whale population. Studying sperm whales thus aport outcomes in multiple fields, in conservation, ethology, as well as in bioacoustics. Understanding the mechanism that rules the sperm whale sonar will help to study those other fields, as it is a key element in the sperm whale life. Aiming for that goal, this thesis analyzed three databases with distinct characteristics, obtaining the trajectory of sperm whale dives. Clicks were also linked with the sperm whale that emitted them over multiple years of recording for the same population. A simulation of propagation wave through the sperm whale head was also developed to better understand the complex mechanism of this sonar. Finally, a coupling method was developed to improve the parameters of the simulation using the recorded clicks from the aforementioned databases
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Ripoll, Camille. „Modèles compartimentaux de cellules végétales : influence de la croissance sur les flux“. Rouen, 1986. http://www.theses.fr/1986ROUES010.
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On propose un modèle approché d'efflux qui se réduit au modèle classique quand le taux de croissance est nul. Les relations exactes de calcul des paramètres cellulaires dans le modèle classique sont également établies. On montre que l'utilisation habituelle de relations approchées est source d'erreurs numériques qui peuvent dans certains cas, être supérieures aux incertitudes expérimentales. Les flux unidirectionnels sont calculés dans le domaine de validité des relations linéaires flux-forces. Ces résultats permettent d'interpréter avec succès nombre de mesures expérimentales de l'influx initial en fonction de la concentration extérieure
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Cottrell, Marie. „Modélisation de réseaux de neurones par des chaines de Markov et autres applications“. Paris 11, 1988. http://www.theses.fr/1988PA112232.
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La première partie de la thèse consiste en un article publié (IEEE Trans. Aut. Control Vol. AC 28, n° 9, 1983), avec J. C. Fort et G. Malgouyres, qui propose deux méthodes d'évaluation du temps de sortie d'un bassin d'attraction pour une chaine de Markov ce temps étant extrêmement grand, on utilise pour cela un changement de probabilité exponentiel tant pour une méthode de simulation rapide que pour une approximation diffusion non standard. La deuxième partie comprend deux articles publiés avec J. C. Fort (Annales de l'IHP Probabilités et Statistiques vol. 23, n°1, 1987) et Biological Cybernetics (N° 53, 1986). Le premier donne une démonstration de la convergence de l'algorithme d'auto-organisation de Kohonen en dimension 1. Dans le second, nous définissons un algorithme d’auto-organisation qui est une version simplifiée de celui de Kohonen, et nous démontrons sa convergence en dimensions 1 et 2. Dans la troisième partie, publiée dans Biological Cybernetics (n°58, 1988) nous résolvons le problème du calcul de la matrice de connexions pour un réseau de neurones de type Mac Culloch et Pitts ou Hopfield, qui permette d'obtenir la plus grande attractivité possible, dans le cas de l'algorithme déterministe et de patrons non nécessairement orthogonaux. De plus nous calculons pour une matrice de connexion donnée l'attractivité de chaque patron mémorisé. La dernière partie est consacrée à l'étude du rôle de l'inhibition dans un réseau de neurones connectés aux plus proches voisins. Le modèle choisi est proche de la réalité biologique du cortex cérébelleux chez le jeune animal. On montre que tant que l'inhibition est plus faible qu'un certain seuil, le réseau est ergodique et que s'installe rapidement un régime stationnaire. Au contraire, lorsque l’inhibition s’accroit, on provoque des réponses en bandes ou moirures, dont la forme et la largeur dépendent du type de voisinage considéréThe first part of the thesis consists of a paper published in IEEE Trans. Aut. Control (vol. AC-28, n°9, 1983), with J. C. Fort and G. Malgouyres. It gives two methods of calculating the exit time of a Markov chain from an attraction domain this time is extremely long, sa we use an exponential change of probability (that of large deviations theory), for a fast simulation and a non-standard approximation by diffusion. The second part includes two papers published with J. C. Fort in the Annales de l'IHP, Probabilités and Statistiques (vol. 23, n° 1, 1987}, and in Biological Cybernetics (n° 53, 1986). In the first one, we prove the convergence of Kohonen's self-organizing algorithm, in dimension 1. In the second one, we define another self-organizing algorithm, which is a simplified variant of Kohonen's, and we prove its convergence in dimensions 1 and 2. In the third part, published in Biological Cybernetics (n°58, 1988), we solve the problem of the connection matrix calculus for a Mac-Culloch or Hopfield neural network, so as to get the largest attractivity for the deterministic algorithm and non-orthogonal patterns. Then we calculate the attractivity of each memorized pattern, for a given connection matrix. The last part is devoted to the study of the role of inhibition in a nearest-neighbours-connected neural network. The model closely ressembles the biological reality of the young animal's cerebellar cortex. We prove that, when inhibition is smaller than a certain threshold, the network is ergodic and works in a stationary way. Conversely, when inhibition increases, striped or moiré responses appear, whose form and width depend on the considered neighbourhood size
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El, Hajj Dib Imad. „Analyse et modélisation de l'EMG et de la fatigue musculaire lors de mouvements dynamiques cycliques“. Compiègne, 2006. http://www.theses.fr/2006COMP1666.
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L'EMG de surface est une méthode non invasive qui permet le diagnostic de la fonction musculaire. Notre étude porte sur la fatigue en contraction dynamique. Nous avons alors accompli deux tâches parallèles : réalisation d'expérimentations pour recueillir des EMG réels, et modélisation pour simuler des EMG synthétiques. Les outils de traitement classiquement utilisés pour quantifier la fatigue sont la transformée de Fourier, adaptée aux signaux isométriques, et le temps-fréquence, adapté aux signaux dynamiques. Nous nous sommes ensuite intéressés à la cyclostationnarité. Les résultats montrent que la cohérence spectrale, outil de cyclostationnarité, croît avec la fatigue musculaire alors que la fréquence moyenne, classique ou instantanée, est principalement influencée par la vitesse de conduction des potentiels d'action. La cohérence spectrale permet donc de quantifier la fatigue dans des conditions où les outils classiques ne fournissent pas d'informations significativesThe surface EMG is a non-invasive method which allows the diagnosis of the muscular function. Our study relates to fatigue in dynamic contraction. We achieved two parallel tasks: realization of experiments to collect real EMG, and model development to simulate synthetic EMG. The signal processing tools classically used to quantify fatigue are the Fourier transform, adapted to the isometric signals, and time-frequency, adapted to the dynamic signals. We were then interested in the cyclostationnarity. The results show that spectral coherence, cyclostationnarity tool, increases with muscular fatigue whereas the average traditional or instantaneous frequency, is mainly influenced by the action potential conduction velocity. Spectral coherence thus makes it possible to quantify fatigue under conditions where the traditional tools do not provide significant information
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Van, Grieken Milagros. „Optimisation pour l'apprentissage et apprentissage pour l'optimisation“. Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2004. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00010106.
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Dans de nombreux problèmes industriels, une simple évaluation de la fonction objectif est coûteuse en temps de calcul et son gradient peut ne pas être disponible. Il est alors utile de construire un modèle, rapide à évaluer et facilement dérivable, qui approche le problème étudié. En apportant de nombreuses améliorations à l'apprentissage, nous avons montré que les réseaux de neurones peuvent répondre à ces exigences. En particulier, là où des méthodes neuronales classiques introduisent des oscillations pour approcher une fonction lisse,notre méthode donne un résultat satisfaisant. Mieux encore, notre méthode permet d'approcher des fonctions oscillantes (par exemple le résultat d'un programme entaché d'erreurs numériques), par un modèle lisse. Nous parvenons à ces résultats par le concours de nombreuses méthodes de régularisation : la méthode de Tikhonov, la stratégie d'arrêt de l'apprentissage, la taille du modèle et pour terminer l'utilisation de la méthode de Gauss-Newton (GN). Cette approche de régularisation permet en plus d'éviter les minima locaux (qui posent un serieux problème pour les méthodes classiques), en augmentant la taille du modèle pour assurer l'apprentissage et en la réduisant ensuite pour la régularisation. Pour les problèmes de grande taille, l'application de la méthode de Gauss-Newton est très " gourmande " en place mémoire. Cependant, en combinant les modes adjoint et direct de la différentiation automatique, nous avons proposé une implémentation " zéro-mémoire " qui nous permet d'appliquer cette méthode. Ce procéde, présenté dans le cadre des réseaux neuronaux peuvent, a priori, être adaptés à tout problème inverse. Dans le littérature récente, mais riche sur le sujet, les fonctions définies par un réseau neuronal classique sont optimisées par des techniques globales très coûuteuses. Dans notre cas, nous profitons des qualités du modèle obtenu (régularité, rapidité d'évaluation et disponibilité du gradient pour un coût supplémentaire négligeable) pour utiliser des méthodes d'optimisation efficaces. Nous illustrerons la pertinence de la méthode proposée par différents exemples académiques, reconnus par leur difficulté, et par des exemples issus de l'industrie automobile et l'ingénierie pétrolière.
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Zaffaroni, Marta. „Modélisation des interactions plant-puceron, en considérant explicitement le rôle des pratiques agricoles : Pêche (Prunus persica) - puceron vert (Myzus persicae) comme cas d'étude An ecophysiological model of plant–pest interactions: the role of nutrient and water availability Maximizing plant production and minimizing environmental impact: comparing agricultural management scenarios with multi criteria decision analysis The role of vectors interference in a shared host-multi vector system“. Thesis, Avignon, 2020. http://www.theses.fr/2020AVIG0723.
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Les pucerons modifient le développement des plantes et peuvent transmettre des virus, représentant ainsi une menace majeure pour les cultures. Il est possible de réduire la pression exercée par les pucerons sur les plantes et d’améliorer la production agricole en facilitant certains processus écologiques en plus ou en remplacement de l’utilisation de pesticides. Les modèles mathématiques peuvent aider à prédire la direction et la force de ces processus écologiques et ils peuvent révéler l’impact des modes alternatifs de gestion des cultures. La thèse proposée vise à développer des modèles mathématiques basés sur les processus, couplant la physiologie des plantes et la démographie des pucerons, afin de favoriser l’intensification écologique et de réduire l’utilisation des pesticides. Les modèles tiennent compte i) des interactions entre la plante et le puceron, alors que la plupart des modèles de culture ne prennent en compte que l’effet du ravageur sur la plante et non l’inverse, ce qui nuit à la compréhension de la lutte antiparasitaire via les pratiques culturales;et ii) de l’effet des pratiques culturales et du résultat en termes de récolte,questions qui sont généralement absentes dans les modèles écologiques. Je couple tout d’abord un modèle mécaniste de croissance des plantes avec un modèle de population des pucerons, je le calibre pour un système pêche-puceron vert et je l’utilise pour obtenir des informations sur les mécanismes qui sous-tendent la réponse des pucerons à la fertilisation et à l’irrigation. En outre, je développe un modèle épidémiologique qui tient compte explicitement de l’interférence entre deux pucerons vecteurs. J’applique ce modèle pour étudier l’effet de l’interférence inter-spécifique des pucerons dans la propagation des virus des plantes, en tenant compte de l’effet des pratiques agricolesAphids alter plant development and can transmit viruses, thus representing a major threat for crops. Aphid pressure on plant can be reduced and crop production can be enhanced by facilitating some ecological processes in addition, or in substitution, to the use of pesticides. Mathematical models can help in predicting the direction and strength of these ecological processes and they can reveal the impact of alternative ways of managing crops. The proposed thesis aims to develop process based mathematical models coupling plant physiology and aphid demography to drive ecological intensification and reduce the use of pesticides. The models consider i) interactions between plant and aphid, while most crop models only consider the effect of the pest on the plant and not vice versa hence impairing insights upon bottom-up pest control via cultural practices; and ii) the effect of cultural practices and the outcome in terms of harvest, issues that are usually absent in ecological models. Therefore, I firstly couple a mechanistic plant growth model with a pest population model, I calibrate it for a peach-green aphid system and I use it to get insights on the mechanisms behind the response of aphids to fertilization and irrigation. Furthermore, I develop an epidemiological model explicitly accounting for the interference between two aphid vectors. I apply the model to explore the effect of inter-specific aphid interference in shaping the spread of plant viruses, considering the effect of agricultural practices
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Albaradeyia, Issa. „Modélisation de l'érosion en zone montagneuse semi-aride“. Lille 1, 2007. https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/Th_Num/2007/50376-2007-Albaradeyia.pdf.
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L'objectif du présent travail a été de déterminer les facteurs majeurs à l'origine de l'érosion des sols affectant la région des montagnes centrales située dans les territoires palestiniens. Ainsi, nous avons étudié l'effet de l'utilisation des différents terrains sur les propriétés du sol et choisi les meilleurs outils de modélisation pour prédire l'érosion des sols dans la région. L'analyse des paramètres pluviométriques a été effectuée ainsi que le calcul des paramètres pris en compte dans la modélisation de l'érosion des sols: érodibilité des sols et érosivité des précipitations. De même, l'analyse statistique a été réalisée pour vérifier l'effet des différents types d'utilisation de terrains sur les propriétés de sol, l'écoulement et l'érosion ainsi que pour définir la relation qui les relie. Deux logiciels "Hillslope" du projet de prévision d'érosion par l'eau (WEPP) et Réseau de Neurones Artificiels (RNA) ont été utilisés pour simuler l'écoulement et l'érosion des sols en s'appuyant sur divers scénarii. Concernant le RNA, une étude approfondie à base d'analyses de sensibilité utilisant la capacité de sensibilité d'analyse de RNA et d'analyse statistique, a été réalisée pour choisir les variables d'entrée les plus influentes. L'étude a montré que l'érosion dans le secteur d'étude dépend fortement de taux et de la durée des précipitations ainsi que son intensité comme souvent mentionnée dans la littérature. Les résultats obtenus par le modèle WEPP sont faibles en comparaison aux valeurs observées. Par contre, le modèle RNA donne des résultats très satisfaisants. Ainsi, le modèle global RNA, incluant l'ensemble des données issues des différents terrains utilisés, représente le meilIeur modèle en raison des résultats obtenus très proches de ceux mesurés. Le travail de thèse comporte cinq chapitres qui présentent successivement une synthèse bibliographique sur l'érosion des sols, la zone d'étude, une analyse des données de pluie, une analyse des mesures effectuées sur cinq parcelles et enfin la vérification de différents modèles sur les données collectées.
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Nedjar, Boumedyen. „Modélisation basée sur la méthode des réseaux de perméances en vue de l’optimisation de machines synchrones à simple et à double excitation“. Thesis, Cachan, Ecole normale supérieure, 2011. http://www.theses.fr/2011DENS0056/document.
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La traction hybride et/ou électrique est un domaine d’application en pleine croissance présentant une forte restriction en termes d’encombrement. Cela a poussé les concepteurs à créer des structures de machine adaptées. Parmi ces topologies, nous trouvons les machines synchrones à double excitation (MSDE). Ces machines permettent de combiner les avantages d’une machine à aimants et ceux d’une machine à excitation bobinée. Le choix d’un modèle pour ces machines est un élément important dans les étapes d’analyse, d’optimisation et de pré-dimensionnement. Ce mémoire présente une contribution à la modélisation des machines synchrones à simple et à double excitation basée sur la méthode des réseaux de perméances. Trois parties sont ainsi proposées. La première partie de la thèse présente deux états de l’art- un sur les machines synchrones à double excitation et l’autre sur les méthodes de modélisation des machines électriques et principalement la modélisation par réseau de perméances. Dans la deuxième partie, nous abordons la modélisation 2D de la machine synchrone à aimants permanents à concentration de flux avec prise en compte de la rotation et de la saturation. Le but de cette partie est de trouver des méthodes permettant de combiner à la fois temps de calcul et précision. On commence par la modélisation par réseau de perméances en se basant sur un maillage de l’espace d'étude par des réluctances bidirectionnelles, ainsi qu’une comparaison entre calcul du couple par le tenseur de Maxwell et flux-FMM. La deuxième section présente un couplage entre réseaux de perméances et éléments finis. La méthode proposée consiste à résoudre les deux modèles (réluctant et éléments finis) simultanément avec un logiciel EF. Le couplage s’effectue par une équivalence entre les dimensions géométriques et les caractéristiques magnétiques des matériaux. La présentation des différents modèles dans le plan précision-temps de calcul montre l’efficacité de l’utilisation des réseaux de perméances et du couplage comparé au modèle éléments finis. La troisième partie porte sur la modélisation tridimensionnelle des machines synchrones à double excitation. Dans un premier temps, nous présentons une adaptation de la modélisation par réseau de perméances aux structures tridimensionnelles. Puis, nous appliquons ce modèle aux machines synchrones à double excitation. La machine à double excitation à concentration de flux est présentée avec une étude de l’influence du feuilletage sur la capacité de contrôle du flux. Pour améliorer le contrôle du flux d'excitation, une machine à aimants enterrés homopolaire est également étudiée avec l'approche développée. La validation du modèle est réalisée par des éléments finis et des mesures expérimentales. Dans la dernière partie, une comparaison entre configurations homopolaire et bipolaire de la structure à aimants enterrés est effectuée, puis le rotor à concentration de flux est optimisé afin de le comparer à la machine à aimants enterrésThe electric and / or hybrid driveis are an application area growing with a strong restriction in terms of congestion. This prompted the designers to create appropriate structures. Among these topologies, we find the double-excitation synchronous machine (MSDE). These machines can combine the advantages of permanent magnets machine and those of a coils excited machine.The choice of a model for these machines is an important step in the analysis, optimization and pre-sizing. This thesis presents a contribution to the modeling by magnetic equivalent circuit (MEC) of single and double excitation synchronous machines. Three parties are offered as well. The first part of the thesis presents two states of the art: one on the double-excitation synchronous machines and the other on the modeling of electrical machines, mainly in the modeling by magnetic equivalent circuit. In the second part, we discuss the 2D modeling of flux concentration permanent magnet synchronous machine taking into account the rotation and saturation. The purpose of this section is to find ways to combine both computational time and accuracy. We start by using the magnetic equivalent circuit modeling based on a mesh of the structure and each mesh is replaced by two-way reluctances, then a torque estimation are obtened by two methods flux-FMM and Maxwell stress Tensor. The second section presents a coupling between magnetic equivalent circuit and finite element method. The proposed method is to solve the two models (reluctant and finite elements) simultaneously with software EF. The coupling is performed by an equivalence between the geometric dimensions and magnetic properties of materials. The presentation of different models in terms of time-accurate calculation shows the effectiveness of the use of MEC and coupling method compared to FEM. The third part concerns the three-dimensional modeling of double excitation synchronous machines. At first, we present an adaptation of the MEC to the three-dimensional structures. Then we apply this model to the double excitation synchronous machines (DESM). The DESM with flux concentration configuration is presented. To better control the wund flux of excitation, a buried magnet homopolar machine is also studied with the same approach. Model validation is performed by finite element and experimental measurements. In the last part, a comparison between homopolar and bipolar configurations is made, then the rotor flux concentration is optimized in order to compare it to the machine magnets buried
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Gille, Jean-Pierre. „Technologies des échanges respiratoires (O2 et Co2) : application à la réalisation d'appareils médicaux“. Compiègne, 1991. http://www.theses.fr/1991COMPE092.
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Si les concepts utiles à l'évolution technologique des poumons artificiels étaient pour la plupart connus au début de leur utilisation, il a fallu 30 ans pour les concrétiser d'un point de vue application industrielle. Il est important, pour l'établissement du cahier des charges, de souligner les contraintes physiologiques inhérentes aux échanges respiratoires. L'importance du rôle joué par les hématies doit être rappelé : elles sont essentielles pour le transport d'oxygène, d'où la nécessité d'assurer un débit de sang minimum dans un tel appareil. Elles sont nécessaires à l'élimination du CO2 par leur équipement enzymatique (anhydrase carbonique). Des échangeurs à interface gaz-sang aux échangeurs dans lesquels une membrane sépare les phases, il a fallu 25 ans de recherche et de développement portant sur la chimie des polymères et la plasturgie, la modélisation, la conception de moyens de production industrielle. Ainsi ont été utilisés des appareils à fils sanguin (disques) réutilisables, des bulleurs à usage unique produits en série, des poumons à membrane pleine disposée en poche, puis à membrane microporeuse, enfin des poumons à faisceaux de capillaires. La mise au point de méthodes d'évaluation a été réalisée. Ces techniques s'utilisent suivant le stade de développement des appareils. Les méthodes ex vivo et in vivo s'adressent à des appareils dont la conception est fixée et pour lesquels ces essais sont nécessaires comme pré-requis avant utilisation en clinique humaine. Les méthodes d'évaluation in vitro sont celles qui s'avèrent les plus utiles dans la phase initiale d'élaboration, comme dans la phase finale de contrôle de qualité lors de la fabrication. L'utilisation de tests à l'eau (ou soluté ad hoc) trouve sa légitimité dans sa facilité de codification et sa relativement bonne corrélation prédictive avec les méthodes ex vivo en sang. Ceci est particulièrement vrai pour l'étude du CO2. Les méthodes facilitant les transferts sont présentées en particulier pour l'élimination du CO2 sous de faibles débits sanguins dérivés. Mais dans ce cas le recours au rein artificiel s'avère la solution la plus efficace.
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Ashadi, Fakhrul Rozi. „Respiratory Neural Network in Humans : Spatiotemporal Mapping of Neural Oscillations and Mathematical Modelling“. Thesis, Sorbonne Paris Cité, 2018. http://www.theses.fr/2018USPCC229.
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Respirer implique l'interaction entre le réseau du tronc cérébral automatique et la commande corticale. Les deux réseaux interagissent de manière harmonieuse et contrôlent les muscles respiratoires afin d'assurer la stabilité des gaz du sang lors de la respiration volontaire (parler, lors de l'inspiration profonde ou bien lors d'une augmentation de charge respiratoire). Comprendre le réseau neuronal respiratoire est fondamental pour de nombreuses raisons aussi bien en médicine qu'en physiologie et en physique: (i) l'augmentation de charge ventilatoire est une caractéristique majeure de plusieurs maladies respiratoires (Broncho Pneumopathie Chronique Obstructive (BPCO), emphysème, fibroses pulmonaire), (ii) l'insuffisance motrice et sensorielle corticales sont parmi les mécanismes qui précède l'insuffisance respiratoire aigüe. Par ailleurs certaines structures cérébrales impliquées dans la réponse à une charge ventilatoire participent également à la sensation d'essoufflement (dyspnée), un symptôme pénible décrit dans de nombreuses maladies, (iii) Ce réseau neuronal vital pourrait bénéficier de la construction d'un modèle mathématique pour simuler et analyser ses dynamiques dans des états pathologiques et pourrait également servir comme paradigme de la synchronisation physique et physiologique. Les interventions thérapeutiques pourraient aussi être testées sur le modèle du réseau, comme par exemple les effets d'un champ magnétique (stimulation magnétique transcranienne) pour modifier la connectivité cérébrale. Il serait ensuite possible de tester cette approche chez les patients BPCO en utilisant les techniques cérébrales neuromodulatrice afin d'augmenter la performance muscles respiratoire. Utilisant l'électroencéphalographie haute densité nous construisons dans cette thèse la carte spatio-temporelle du réseau neuronal respiratoire chez 20 sujets contrôles et comparons sa dynamique lors de l'application d'une charge ventilatoire et lors d'un mouvement de la main. Les analyses temps-fréquences révèlent des schémas spécifiques du réseau pour chaque action motrice. Pour comprendre la communication cérébrale, nous reproduisons mathématiquement le codage de la fréquence neuronale. Il y a trois composants principaux à construire dans le modèle : le modèle neuronal, la carte de connexion, et le schéma synaptique. Ensemble ils sont responsables de la dynamique du réseau neuronal. Pour le modèle neuronal, nous utilisons Hodgkin-Huxley base sur la conductance, qui est un ensemble d'équations différentielles non-linéaire qui se rapproche des caractéristiques des cellules excitables (comme les neurones). Nous considérons le régime tonic spiking du modèle. Pour la carte de connexion, c'est-à-dire la façon dont sont connectés les neurones les uns aux autres, nous considérons des neurones places sur des grilles cartésiennes en 2 dimensions. La connexion entre deux neurones est gouvernée de manière probabiliste basée sur la distance euclidienne. Pour le schéma synaptique, les neurones sont excitateurs ou inhibiteurs et ils ont une connexion chimique. Dans le réseau, un neurone est soit excitateur, soit inhibiteur et cela est gouverne de manière partiellement probabiliste. Le type de connexion dépend du type de neurone. Finalement dans cette thèse nous reproduisons la dynamique d'une région d'intérêt du réseau cortical et l'interaction complexe entre deux régions d'intérêtBreathing involves a complex interplay between the automatic brainstem network and the cortical command. Both networks interact harmoniously to control respiratory muscles contraction, thereby ensuring normal blood gas levels either during speech, volitional breathing or a ventilatory load increase. Understanding the respiratory neural network is crucial for many reasons in medicine, physiology and physics: (1) increased respiratory loading is a major feature of several respiratory diseases (chronic obstructive pulmonary disease, emphysema, pulmonary fibrosis), (2) failure of the voluntary motor and cortical sensory processing drives is among the mechanisms that precedes acute respiratory failure. In addition some of the cerebral structures involved in responding to inspiratory loading also participate in the perception of breathlessness, a common and often distressing symptom in many diseases, (3) This neural network vital for life would benefit from the building of a mathematical model able to simulate and analyze its dynamics in disease conditions and may serve as a paradigm of physiological and physical synchronization. Therapeutic interventions could also be tested on the network model, for instance with a magnetic field, to alter connectivity. It will be then possible to test such approach in patients with chronic obstructive pulmonary disease (COPD) using cerebral neuro-modulating techniques with the goal to increase respiratory muscle performance. Using high density electroencephalography, we built the spatiotemporal map of the respiratory neural network during inspiratory loading in 20 healthy control subjects, and compared its dynamics to another motor network (hand motion). Time-frequency analyzes revealed the specific neural frequency patterns. To understand the brain communication, we reproduced mathematically the neural frequency code. There are three main components in the model: the neuronal scheme, the connectivity map and the synaptic model. Altogether, they are responsible of the dynamics of the neural networks. For the neuronal scheme, we use the Hodgkin Huxley (conductance-based) model, a set of nonlinear differential equations that approximates the electrical characteristics of excitable cells such as neurons. We consider the tonic-spiking regime of the model. For the connectivity map, the way neurons are connected into one another, we consider neurons that are placed in a two dimensional Cartesian grids. Connectivity between two neurons is governed probabilistically based on their Euclidean distance. For the synaptic model, neurons are either excitatory or inhibitory and are chemically connected. In the network, whether a neuron is excitatory or inhibitory is decided probabilistically. The type of connection depends on the type of the neurons. Finally, we are now able to replicate the dynamics of a specific region of interest (ROI) of the network and the complex interactions between two ROIs
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Petrolli, Vanni. „Confinement induced transition between wave-like cellular migration modes“. Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAY056.
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La capacité des cellules à générer spontanément de l'ordre a l’échelle supra cellulaire repose sur l'interaction de signaux mécaniques et biochimiques. Si le consensus général est que la signalisation chimique est le régulateur principal du comportement cellulaire, il est aujourd’hui bien établi que l'impact des facteurs mécaniques est primordial sur des processus fondamentaux de la physiologie cellulaire tel que la différenciation, la prolifération, la motilité et qu’une dérégulation des paramètres mécaniques du microenvironnement des cellules sont impliqués dans un grand nombre de pathologies allant du cancer aux myopathies. Dans ce contexte, plusieurs études ont récemment mis en évidence l'existence d’ondes mécaniques se propageant à l’échelle supra-cellulaire.Nous étudions dans le cadre de cette thèse l'origine de ces ondes de vitesse dans les tissus et discutons leur origine biologique. En pratique, nous confinons des monocouches de cellules épithéliales à des géométries quasi unidimensionnelles, pour forcer l'établissement presque omniprésent d'ondes au niveau tissulaire. En accordant la longueur des tissus, nous découvrons l'existence d'une transition de phase entre les oscillations globales et multi-nodales, et prouvons que dans ce dernier régime, longueur d'onde et période sont indépendantes de la longueur de confinement. Ces résultats démontrent que l’origine de ces oscillations est intrinsèque au système biologique, ce mécanisme apparait comme un candidat pertinent permettant aux cellules de mesurer avec précision des distances au niveau supra-cellulaire et potentiellement de structurer spatialement un tissu. Des simulations numériques basées sur un modèle de type Self-propelled Voronoi reproduisent la transition de phase que nous avons observé expérimentalement et aident à guider nos recherches sur l'origine de ces phénomènes ondulatoires et leur rôle potentiel dans l'apparition spontanée des follicules pileux dans les explants cutanés des sourisThe ability of organisms to spontaneously generate order relies on the intricate interplay of mechanical and bio-chemical signals. If the general consensus is that chemical signaling governs the behavior of cells, an increasing amount of evidence points towards the impact of mechanical factors into differentiation, proliferation, motility and cancer progression. In this context, several studies recently highlighted the existence of long-range mechanical excitations (i.e. waves) at the supra-cellular level.Here, we investigate the origins of those velocity waves in tissues and their correlation with the presence of boundaries. Practically, we confine epithelial cell mono-layers to quasi-one dimensional geometries, to force the almost ubiquitous establishment of tissue-level waves. By tuning the length of the tissues, we uncover the existence of a phase transition between global and multi-nodal oscillations, and prove that in the latter regime, wavelength and period are independent of the confinement length. Together, these results demonstrate the intrinsic origin of tissue oscillations, which could provide cells with a mechanism to accurately measure distances at the supra-cellular level and ultimately lead to spatial patterning. Numerical simulations based on a Self-propelled Voronoi model reproduce the phase transition we measured experimentally and help in guiding our preliminary investigations on the origin of these wave-like phenomena, and their potential role for the spontaneous appearance of hair follicles in mouse skin explants
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Beaudoin-Gagnon, Nicolas. „Entraînement d'un modèle supervisé pour la détection du plaisir en contexte de jeu vidéo à partir de signaux physiologiques et d'indices comportementaux“. Master's thesis, Université Laval, 2020. http://hdl.handle.net/20.500.11794/66324.
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La modélisation de l’expérience de jeu présente un intérêt considérable pour la conception de jeux vidéo adaptatifs. Les jeux vidéo adaptatifs utilisent l’information émotionnelle contenue dans les signaux physiologiques et les indices comportementaux pour personnaliser l’expérience de jeu vidéo, et ce dans le but de générer une expérience optimale de jeu. Afin de modéliser l’expérience de jeu, le présent projet de recherche s’est penché sur la détection du plaisir d’un joueur à partir de signaux physiologiques (électrocardiogramme, activité électrodermale, activité respiratoire et électromyogramme) et d’indices comportementaux (expressions faciales, mouvements de la tête et entrées d’un contrôleur Xbox). Dans ce travail, des modèles supervisés(SVM, Forêt d’arbres décisionnels et kNN) ont été entrainés sur un jeu de données construit à partir de la base de données FUNii, qui contient les données physio-comportementales de 219 joueurs réparties sur 362 séances de jeu de la franchise Assassin’s Creed. Une méthode pour la création de classes de plaisir à partir du facteur-fun, un outil d’annotation continue du plaisir, à également été proposée. Le meilleur modèle entrainé a permis de distinguer trois classes de plaisir avec un taux de classement de 53, 5% sur un jeu de test, une amélioration de 12,5% par rapport au meilleur résultat obtenu dans des travaux antérieurs.Modeling the gaming experience is of considerable interest for designing adaptive video games. Adaptive video games use the emotional information contained in physiological signals and behavioral cues to personalize the video game experience,in order to generate an optimal gaming experience. With the purpose of modeling the gaming experience, this research project has focused on the detection of a player’s fun using physiological signals (electrocardiogram, electrodermal activity, respiratory activity and electromyogram) and behavioral cues (facial expressions,head movements and facial expressions and inputs from an Xbox controller). In this work, supervised machine learning models (SVM, Random Forest and kNN) were trained on a dataset built from the FUNii database, which contains the physiobehavioral data of 219 players spread over 362 game sessions of the Assassin’s Creed franchise. A method for creating fun classes from the fun factor, a tool for continuous annotation of fun, has also been proposed. The best model trained allowed to distinguish three classes of pleasure with an accuracy of 53, 5% on a test dataset, an improvement of 12, 5% compared to the best result obtained in previous works.
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Strock, Anthony. „Mémoire de travail dans les réseaux de neurones récurrents aléatoires“. Thesis, Bordeaux, 2020. http://www.theses.fr/2020BORD0195.
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La mémoire de travail peut être définie comme la capacité à stocker temporairement et à manipuler des informations de toute nature.Par exemple, imaginez que l'on vous demande d'additionner mentalement une série de nombres. Afin de réaliser cette tâche, vous devez garder une trace de la somme partielle qui doit être mise à jour à chaque fois qu'un nouveau nombre est donné. La mémoire de travail est précisément ce qui permettrait de maintenir (i.e. stocker temporairement) la somme partielle et de la mettre à jour (i.e. manipuler). Dans cette thèse, nous proposons d'explorer les implémentations neuronales de cette mémoire de travail en utilisant un nombre restreint d'hypothèses.Pour ce faire, nous nous plaçons dans le contexte général des réseaux de neurones récurrents et nous proposons d'utiliser en particulier le paradigme du reservoir computing.Ce type de modèle très simple permet néanmoins de produire des dynamiques dont l'apprentissage peut tirer parti pour résoudre une tâche donnée.Dans ce travail, la tâche à réaliser est une mémoire de travail à porte (gated working memory).Le modèle reçoit en entrée un signal qui contrôle la mise à jour de la mémoire.Lorsque la porte est fermée, le modèle doit maintenir son état de mémoire actuel, alors que lorsqu'elle est ouverte, il doit la mettre à jour en fonction d'une entrée.Dans notre approche, cette entrée supplémentaire est présente à tout instant, même lorsqu'il n'y a pas de mise à jour à faire.En d'autres termes, nous exigeons que notre modèle soit un système ouvert, i.e. un système qui est toujours perturbé par ses entrées mais qui doit néanmoins apprendre à conserver une mémoire stable.Dans la première partie de ce travail, nous présentons l'architecture du modèle et ses propriétés, puis nous montrons sa robustesse au travers d'une étude de sensibilité aux paramètres.Celle-ci montre que le modèle est extrêmement robuste pour une large gamme de paramètres.Peu ou prou, toute population aléatoire de neurones peut être utilisée pour effectuer le gating.Par ailleurs, après apprentissage, nous mettons en évidence une propriété intéressante du modèle, à savoir qu'une information peut être maintenue de manière entièrement distribuée, i.e. sans être corrélée à aucun des neurones mais seulement à la dynamique du groupe.Plus précisément, la mémoire de travail n'est pas corrélée avec l'activité soutenue des neurones ce qui a pourtant longtemps été observé dans la littérature et remis en cause récemment de façon expérimentale.Ce modèle vient confirmer ces résultats au niveau théorique.Dans la deuxième partie de ce travail, nous montrons comment ces modèles obtenus par apprentissage peuvent être étendus afin de manipuler l'information qui se trouve dans l'espace latent.Nous proposons pour cela de considérer les conceptors qui peuvent être conceptualisé comme un jeu de poids synaptiques venant contraindre la dynamique du réservoir et la diriger vers des sous-espaces particuliers; par exemple des sous-espaces correspondants au maintien d'une valeur particulière.Plus généralement, nous montrons que ces conceptors peuvent non seulement maintenir des informations, ils peuvent aussi maintenir des fonctions.Dans le cas du calcul mental évoqué précédemment, ces conceptors permettent alors de se rappeler et d'appliquer l'opération à effectuer sur les différentes entrées données au système.Ces conceptors permettent donc d'instancier une mémoire de type procédural en complément de la mémoire de travail de type déclaratif.Nous concluons ce travail en remettant en perspective ce modèle théorique vis à vis de la biologie et des neurosciencesWorking memory can be defined as the ability to temporarily store and manipulate information of any kind.For example, imagine that you are asked to mentally add a series of numbers.In order to accomplish this task, you need to keep track of the partial sum that needs to be updated every time a new number is given.The working memory is precisely what would make it possible to maintain (i.e. temporarily store) the partial sum and to update it (i.e. manipulate).In this thesis, we propose to explore the neuronal implementations of this working memory using a limited number of hypotheses.To do this, we place ourselves in the general context of recurrent neural networks and we propose to use in particular the reservoir computing paradigm.This type of very simple model nevertheless makes it possible to produce dynamics that learning can take advantage of to solve a given task.In this job, the task to be performed is a gated working memory task.The model receives as input a signal which controls the update of the memory.When the door is closed, the model should maintain its current memory state, while when open, it should update it based on an input.In our approach, this additional input is present at all times, even when there is no update to do.In other words, we require our model to be an open system, i.e. a system which is always disturbed by its inputs but which must nevertheless learn to keep a stable memory.In the first part of this work, we present the architecture of the model and its properties, then we show its robustness through a parameter sensitivity study.This shows that the model is extremely robust for a wide range of parameters.More or less, any random population of neurons can be used to perform gating.Furthermore, after learning, we highlight an interesting property of the model, namely that information can be maintained in a fully distributed manner, i.e. without being correlated to any of the neurons but only to the dynamics of the group.More precisely, working memory is not correlated with the sustained activity of neurons, which has nevertheless been observed for a long time in the literature and recently questioned experimentally.This model confirms these results at the theoretical level.In the second part of this work, we show how these models obtained by learning can be extended in order to manipulate the information which is in the latent space.We therefore propose to consider conceptors which can be conceptualized as a set of synaptic weights which constrain the dynamics of the reservoir and direct it towards particular subspaces; for example subspaces corresponding to the maintenance of a particular value.More generally, we show that these conceptors can not only maintain information, they can also maintain functions.In the case of mental arithmetic mentioned previously, these conceptors then make it possible to remember and apply the operation to be carried out on the various inputs given to the system.These conceptors therefore make it possible to instantiate a procedural working memory in addition to the declarative working memory.We conclude this work by putting this theoretical model into perspective with respect to biology and neurosciences
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Gimeno, Anthony. „Contribution à l'étude d'alternateurs automobiles : caractérisation des pertes en vue d'un dimensionnement optimal“. Compiègne, 2011. http://www.theses.fr/2011COMP1923.
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L’arrivée de normes anti-pollution de plus en plus strictes ainsi que l’augmentation du prix du pétrole poussent les équipementiers et les constructeurs automobiles à la recherche de solutions de plus en plus propres pour l’avenir. Cette thèse s’inscrit dans ce contexte et se veut être une contribution à l’amélioration du rendement de la fonction génératrice automobile au sein d’un véhicule à propulsion thermique. Pour se faire, deux approches sont envisagées. Au cours de la première approche, une étude est réalisée sur la machine actuelle ainsi que sur les candidates à son remplacement. Afin de cibler et de comprendre l’évolution des différentes pertes, une modélisation analytique et énergétique de celle-ci est faite et une étude sur cycle VDA est réalisée. Nous soulignons l’importance des pertes fer dans une structure à griffes et étudions de ce fait l’influence de différents facteurs sur cette évolution. L’intérêt d’un couplage triangle au stator en termes de perte fer est souligné et l’apport d’un courant circulant à vide en termes de perte Joule est quantifié. Une étude est de plus réalisée sur la complémentarité d’une approche expérimentale et éléments finis sur une répartition des pertes fer stator / rotor à vide. Enfin, l’impact du redresseur sur la propagation des pertes fer est étudié. La deuxième approche nous conduit au dimensionnement d’une structure hybride à rotor bobiné et aimants inter polaires. Dans cette étude, nous proposons un couplage entre un dimensionnement analytique et éléments finis à travers la mise en place de plans d’expériences. Cette étude aboutie sur une cartographie de rendement de la structure hybride et souligne ainsi son intérêt en termes de rendement par rapport à une structure à griffesThe advent of more stringent anti-pollution standards and the rising of oil price, lead car manufacturers and automotive suppliers to find efficient solutions for our future. This thesis is a contribution to improving the performance of the electrical generating function in a thermal powertrain. Two approaches are considered in this work. In the first approach, a study is done on the current machine (called Lundell structure or claw pole machine). In a second approach, we design a structure abble to replace the claw pole alternator. To identify and understand the evolution of the different losses, a characterization of losses is made and a study on VDA cycle is completed. We stress the importance of iron losses in claw pole structure and thereby study the influence of various factors on its evolution. The interest of a delta conexion in terms of stator iron losses is emphasized and the impact of this current in terms of copper losses is quantified. A study is conducted over the complementarity of experimental and finite element approach on the repartition of iron losses between the stator and the rotor of this structure. Finally, the impact of the rectifier on the evolution of iron losses is studied. During this first approach, we also propose an analytical modeling of the machine and his efficiency. The second approach leads to design an hybrid structure based on a wound rotor synchronous machine with interpolar magnets. In this study, we propose a coupling between an analytical design and a finite element one through the establishment of experimental designs. This study leads to an efficiency map of the hybrid structure, highlighting its value in terms of performance relative to a claw pole machine
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Zohou, Thomas. „Rôle des facteurs cinématiques dans la technique du tir arrêté au football“. Grenoble 1, 1988. http://www.theses.fr/1988GRE10142.
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Isberie, Carole. „Contribution du sol à l'alimentation hydrique d'un verger de cerisiers micro-irrigué selon un pilotage tensiométrique“. Montpellier 2, 1992. http://www.theses.fr/1992MON20127.
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Sur un verger de cerisiers, nous avons etudie, pendant une periode de huit annees (1983-1990), comment le mode de pilotage tensiometrique de l'irrigation goutte-a-goutte (methode scp) permet d'integrer la contribution du sol (cs) a l'alimentation hydrique de la culture, alors que, par ailleurs, aucune methode d'estimation de cette cs et de sa variabilite inter- et intra-annuelle n'existait a l'usage de la pratique agricole. Apres avoir caracterise la zone sous influence du goutteur, nous avons pu etablir que l'ensemble du sol environnant contribuait a raison de 2000 a 2500 m#3 par ha et par an a l'alimentation, valeur qui a ete reliee a la pluie hivernale. Nous avons montre que le pilotage realise prenait en compte la diminution de la cs au cours de la saison vegetative. Quelques experimentations de courte duree, utilisant des mesures de microvariations de diametre des branches (appareil pepista) et de flux de seve dans le tronc ont permis d'integrer les reponses physiologiques de la culture
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Chraibi, Kaadoud Ikram. „apprentissage de séquences et extraction de règles de réseaux récurrents : application au traçage de schémas techniques“. Thesis, Bordeaux, 2018. http://www.theses.fr/2018BORD0032/document.
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Deux aspects importants de la connaissance qu'un individu a pu acquérir par ses expériences correspondent à la mémoire sémantique (celle des connaissances explicites, comme par exemple l'apprentissage de concepts et de catégories décrivant les objets du monde) et la mémoire procédurale (connaissances relatives à l'apprentissage de règles ou de la syntaxe). Cette "mémoire syntaxique" se construit à partir de l'expérience et notamment de l'observation de séquences, suites d'objets dont l'organisation séquentielle obéit à des règles syntaxiques. Elle doit pouvoir être utilisée ultérieurement pour générer des séquences valides, c'est-à-dire respectant ces règles. Cette production de séquences valides peut se faire de façon explicite, c'est-à-dire en évoquant les règles sous-jacentes, ou de façon implicite, quand l'apprentissage a permis de capturer le principe d'organisation des séquences sans recours explicite aux règles. Bien que plus rapide, plus robuste et moins couteux en termes de charge cognitive que le raisonnement explicite, le processus implicite a pour inconvénient de ne pas donner accès aux règles et de ce fait, de devenir moins flexible et moins explicable. Ces mécanismes mnésiques s'appliquent aussi à l'expertise métier : la capitalisation des connaissances pour toute entreprise est un enjeu majeur et concerne aussi bien celles explicites que celles implicites. Au début, l'expert réalise un choix pour suivre explicitement les règles du métier. Mais ensuite, à force de répétition, le choix se fait automatiquement, sans évocation explicite des règles sous-jacentes. Ce changement d'encodage des règles chez un individu en général et particulièrement chez un expert métier peut se révéler problématique lorsqu'il faut expliquer ou transmettre ses connaissances. Si les concepts métiers peuvent être formalisés, il en va en général de tout autre façon pour l'expertise. Dans nos travaux, nous avons souhaité nous pencher sur les séquences de composants électriques et notamment la problématique d’extraction des règles cachées dans ces séquences, aspect important de l’extraction de l’expertise métier à partir des schémas techniques. Nous nous plaçons dans le domaine connexionniste, et nous avons en particulier considéré des modèles neuronaux capables de traiter des séquences. Nous avons implémenté deux réseaux de neurones récurrents : le modèle de Elman et un modèle doté d’unités LSTM (Long Short Term Memory). Nous avons évalué ces deux modèles sur différentes grammaires artificielles (grammaire de Reber et ses variations) au niveau de l’apprentissage, de leurs capacités de généralisation de celui-ci et leur gestion de dépendances séquentielles. Finalement, nous avons aussi montré qu’il était possible d’extraire les règles encodées (issues des séquences) dans le réseau récurrent doté de LSTM, sous la forme d’automate. Le domaine électrique est particulièrement pertinent pour cette problématique car il est plus contraint avec une combinatoire plus réduite que la planification de tâches dans des cas plus généraux comme la navigation par exemple, qui pourrait constituer une perspective de ce travailThere are two important aspects of the knowledge that an individual acquires through experience. One corresponds to the semantic memory (explicit knowledge, such as the learning of concepts and categories describing the objects of the world) and the other, the procedural or syntactic memory (knowledge relating to the learning of rules or syntax). This "syntactic memory" is built from experience and particularly from the observation of sequences of objects whose organization obeys syntactic rules.It must have the capability to aid recognizing as well as generating valid sequences in the future, i.e., sequences respecting the learnt rules. This production of valid sequences can be done either in an explicit way, that is, by evoking the underlying rules, or implicitly, when the learning phase has made it possible to capture the principle of organization of the sequences without explicit recourse to the rules. Although the latter is faster, more robust and less expensive in terms of cognitive load as compared to explicit reasoning, the implicit process has the disadvantage of not giving access to the rules and thus becoming less flexible and less explicable. These mnemonic mechanisms can also be applied to business expertise. The capitalization of information and knowledge in general, for any company is a major issue and concerns both the explicit and implicit knowledge. At first, the expert makes a choice to explicitly follow the rules of the trade. But then, by dint of repetition, the choice is made automatically, without explicit evocation of the underlying rules. This change in encoding rules in an individual in general and particularly in a business expert can be problematic when it is necessary to explain or transmit his or her knowledge. Indeed, if the business concepts can be formalized, it is usually in any other way for the expertise which is more difficult to extract and transmit.In our work, we endeavor to observe sequences of electrical components and in particular the problem of extracting rules hidden in these sequences, which are an important aspect of the extraction of business expertise from technical drawings. We place ourselves in the connectionist domain, and we have particularly considered neuronal models capable of processing sequences. We implemented two recurrent neural networks: the Elman model and a model with LSTM (Long Short Term Memory) units. We have evaluated these two models on different artificial grammars (Reber's grammar and its variations) in terms of learning, their generalization abilities and their management of sequential dependencies. Finally, we have also shown that it is possible to extract the encoded rules (from the sequences) in the recurrent network with LSTM units, in the form of an automaton. The electrical domain is particularly relevant for this problem. It is more constrained with a limited combinatorics than the planning of tasks in general cases like navigation for example, which could constitute a perspective of this work
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Buhry, Laure. „Estimation de paramètres de modèles de neurones biologiques sur une plate-forme de SNN (Spiking Neural Network) implantés "insilico"“. Thesis, Bordeaux 1, 2010. http://www.theses.fr/2010BOR14057/document.
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Ces travaux de thèse, réalisés dans une équipe concevant des circuits analogiques neuromimétiques suivant le modèle d’Hodgkin-Huxley, concernent la modélisation de neurones biologiques, plus précisément, l’estimation des paramètres de modèles de neurones. Une première partie de ce manuscrit s’attache à faire le lien entre la modélisation neuronale et l’optimisation. L’accent est mis sur le modèle d’Hodgkin- Huxley pour lequel il existait déjà une méthode d’extraction des paramètres associée à une technique de mesures électrophysiologiques (le voltage-clamp) mais dont les approximations successives rendaient impossible la détermination précise de certains paramètres. Nous proposons dans une seconde partie une méthode alternative d’estimation des paramètres du modèle d’Hodgkin-Huxley s’appuyant sur l’algorithme d’évolution différentielle et qui pallie les limitations de la méthode classique. Cette alternative permet d’estimer conjointement tous les paramètres d’un même canal ionique. Le troisième chapitre est divisé en trois sections. Dans les deux premières, nous appliquons notre nouvelle technique à l’estimation des paramètres du même modèle à partir de données biologiques, puis développons un protocole automatisé de réglage de circuits neuromimétiques, canal ionique par canal ionique. La troisième section présente une méthode d’estimation des paramètres à partir d’enregistrements de la tension de membrane d’un neurone, données dont l’acquisition est plus aisée que celle des courants ioniques. Le quatrième et dernier chapitre, quant à lui, est une ouverture vers l’utilisation de petits réseaux d’une centaine de neurones électroniques : nous réalisons une étude logicielle de l’influence des propriétés intrinsèques de la cellule sur le comportement global du réseau dans le cadre des oscillations gammaThese works, which were conducted in a research group designing neuromimetic integrated circuits based on the Hodgkin-Huxley model, deal with the parameter estimation of biological neuron models. The first part of the manuscript tries to bridge the gap between neuron modeling and optimization. We focus our interest on the Hodgkin-Huxley model because it is used in the group. There already existed an estimation method associated to the voltage-clamp technique. Nevertheless, this classical estimation method does not allow to extract precisely all parameters of the model, so in the second part, we propose an alternative method to jointly estimate all parameters of one ionic channel avoiding the usual approximations. This method is based on the differential evolution algorithm. The third chaper is divided into three sections : the first two sections present the application of our new estimation method to two different problems, model fitting from biological data and development of an automated tuning of neuromimetic chips. In the third section, we propose an estimation technique using only membrane voltage recordings – easier to mesure than ionic currents. Finally, the fourth and last chapter is a theoretical study preparing the implementation of small neural networks on neuromimetic chips. More specifically, we try to study the influence of cellular intrinsic properties on the global behavior of a neural network in the context of gamma oscillations
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Ployard, Maxime. „Efficacité énergétique des machines de production d'électricité“. Thesis, Ecole centrale de Lille, 2017. http://www.theses.fr/2017ECLI0010/document.
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Lors de la phase de dimensionnement d’un générateur électrique, des choix préliminaires imposent généralement la topologie. Cette thèse a pour objectif d’apporter une aide décisionnelle au choix des structures de générateurs de fortes puissances. L’intérêt des machines à haute efficacité énergétique est porté par des objectifs environnementaux forts. En conséquence, maîtriser et comprendre l’origine des pertes dans les machines de production d’électricité est un enjeu capital. Ainsi, une méthodologie de calculs de pertes fer est développée pour des générateurs de fortes puissances.Dans les secteurs de la production et conversion d’énergie, les Machines Synchrones à Double Excitation présentent un fort potentiel pour répondre aux défis de la transition énergétique. Dès lors, il est important de quantifier l’impact de ces nouvelles structures par rapport aux solutions existantes. Cette thèse propose une modélisation par méthodes analytiques et semi-analytiques dans l’objectif de concevoir un ensemble de structures de générateurs. La modélisation est également comparée à deux prototypes de fortes puissances, dont un pour une application éolienne à attaque directe.Ensuite, cette modélisation est employée dans un processus de conception par optimisation. Les structures Pareto optimales sont comparées suivant différents cahiers des charges. Ces optimisations permettent de mettre en avant des gains significatifs par rapport aux solutions existantes notamment sur des données statistiques de fonctionnement éolienDuring the design phase of an electrical generator, the topology is generally imposed by preliminary criteria. This thesis aims at providing a decision support for the choice of high power generator structures. The interest for high efficiency machines is driven by strong environmental objectives. Consequently, understanding the origin of losses in power generation machines is a major issue. Thus, a methodology for iron loss calculation is developed for high power generators.In the energy production and conversion sectors, Hybrid Excitation Synchronous Machines have a great potential to respond to the challenges of energy transition. It is important to quantify the impact of these new structures compared with existing solutions. This thesis proposes analytical and lumped models to design a set of generator structures. The modeling approach is also compared with two high power generators, including one for a direct drive wind turbine. Then, this modeling is used in an optimization design process. The optimal Pareto structures are compared according to different specifications. These optimized designs show significant gains compared to the existing solutions, especially on wind profile from a Weibull probability density function
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Doyennette, Marion. „La bouche, un réacteur complexe à l'origine de la libération des stimuli sensoriels : modélisation des transferts de composés d'arôme lors de la déstructuration d'aliments solides“. Thesis, Paris, AgroParisTech, 2011. http://www.theses.fr/2011AGPT0047/document.
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La libération des composés d'arôme détermine la qualité aromatique des produits alimentaires, et contribue ainsi aux choix et préférences des consommateurs. Dans ce contexte, la compréhension et la modélisation de la cinétique de libération est un défi scientifique et un enjeu de santé afin de pouvoir formuler des produits en intégrant des critères nutritionnels et sensoriels. Ce travail de thèse a permis d'étudier et de modéliser les mécanismes en bouche responsables de la dynamique de libération des stimuli olfactifs lors de consommation d'un aliment liquide ou solide chez l'homme.• Dans un premier temps, un modèle mécanistique décrivant la libération des composés d'arôme au cours de la consommation d'un aliment liquide ou semi-liquide a été développé. Ces produits ont un temps de résidence en bouche très court et ne nécessitent pas de manipulation intra-orale complexe. Le modèle a été construit sur la base de bilans de matière prenant en compte des mécanismes de transfert entre certains sous-compartiments du système, ainsi que les conditions spécifiques aux différentes étapes de la consommation. Une comparaison du modèle avec des données de libération in vivo lors de la consommation de fluides newtnoniens aromatisés avec du diacétyle et de l'hexanoate d'éthyle a été effectuée. Cette étude nous a permis de comprendre le rôle du résidu post-pharyngé et de la viscosité sur la libération des composés d'arôme : • l'épaisseur du bol tapissant les muqueuses a pu être estimée à environ 15µm; • contrairement à l'hypothèse initiale, il a été mis en évidence que les propriétés pertinentes à prendre en considération pour la libération des composés d'arôme à partir d'un fluide newtonien sont celles d'un mélange de produit hautement dilué par la salive. • Dans un second temps, le modèle a été adapté à des produits nécessitant une mastication. Pour en rendre compte, de nouveaux mécanismes ont été intégrés: phénomènes de transfert de matière et de dissolution du produit dans la salive, génération d'une surface d'échange produit/fraction liquide du bol et l'ouverture vélopharyngienne lors de la mastication du produit. Le modèle a ensuite été confronté avec les données de libération du propanoate d'éthyle in vivo lors de la consommation de matrices fromagères modèles. Le modèle a pu être ajusté de façon satisfaisante à l'ensemble des données expérimentales et les deux paramètres inconnus de notre modèle (la vitesse d'incorporation moyenne de salive dans le bol au cours de la consommation et la fréquence d'ouverture du vélopharynx) ont pu être estimés. Cette étude nous a permis de comprendre le rôle de la mastication sur la libération des composés d'arôme lors de la consommation d'aliments solides. De plus, l'étude de la libération de la 2-nonanone a permis de mettre en évidence un phénomène d'adsorption sur les muqueuses pour cette molécule. • Enfin, il ressort de la comparaison des deux modèles que les paramèters clés gouvernant la libération des composés d'arôme ne sont pas les mêmes selon la catégorie de produit (liquide ou solide) considérée: • lors de la consommation d'aliments liquides ou semi-liquides, le coefficient de transfert de matière dans le bol, la fréquence respiratoire de l'individu et l'épaisseur du résidu post-pharyngé sont les trois facteurs clés gouvernant la libération des composés d'arôme; • en revanche, lors de la consommation de produits solides mastiqués, ce sont la vitesse d'incorporation moyenne de salive dans le bol, la fréquence d'ouverture du vélopharynx et la durée de mastication qui sont les trois paramètres ayant un effet majeur sur les cinétiques de libération. La démarche de modélisation nous a permis de mieux comprendre les parts relatives du produit, de l'individu, et de l'interaction produit-individu sur la libération des composés d'arôme au cours de la consommation d'un alimentDelivery of aroma compounds to olfactory receptors determines the aromatic quality of food products and contributes to consumer choices and preferences. Therefore, understanding and modelling the release kinetic is a scientific challenge and a health issue in order to formulate products of both high nutritional and sensory quality. This thesis studied in-mouth mechanisms responsible of the dynamics of olfactory stimuli release during food consumption. • First, a mechanistic model describing the aroma compounds release during consumption of a liquid or semi-liquid food has been developed. These products have a very short in-mouth residence time and do not require complex intra-oral manipulation. The model takes into account mass balances, transfer mechanisms occurring between some sub-compartments of the system, and the specific conditions at the different stages of consumption. A comparison of the model predictions with in vivo release data during the consumption of Newtnonien fluids flavored with diacetyl and ethyl hexanoate was performed. This study highlighted the role of post-pharyngeal residue and viscosity on the aroma compounds release: • the thickness of bolus covering the mucous membranes has been estimated at about 15μm; • it was found that the relevant properties to be considered for the release of aroma compounds from a Newtonian fluid are those of a mixture highly diluted by saliva. • Second, the model previously developed was adapted for products requiring chewing. It takes into account the phenomena of mass transfer and dissolution of the product in the saliva during chewing. The generation of a product/liquid contact surface as well as the velopharyngial opening that occurs during the mastication of the product were also integrated into the model. The model was then confronted with in vivo release data for ethyl propanoate during consumption of four cheese matrices. All simulations have been satisfactorily fitted to experimental data and the two unknown parameters of our model (the average rate of saliva incorporation into the bolus and the frequency of velopharyngial opening) could be estimated. This study has enabled us to understand the role of mastication on the release of aroma compounds during consumption of solid food: • the opening of velopharynx during intra-oral manipulation of the product produces a continuous supply of aroma compounds in the nose; • the residence time of solid product in the mouth are much longer than for the consumption of liquid and semi-liquid foods, allowing the secretion of significant volumes of saliva. In addition, the study of the release of 2-nonanone highlighted an adsorption phenomenon on the mucous membranes for this molecule. • Finally, sensitivity analysis of the two release models indicates that: • when eating a liquid or semi-liquid food, the mass transfer coefficient in the bolus, the breath rate and the thickness of post-pharyngeal residue are the three key factors governing the release of aroma compounds; • however, when eating a solid food product, it is the average rate of saliva incorporation into the bolus during consumption, the frequency and duration of velopharyngeal opening, and the mastication time which are the three parameters that have major effects on the kinetics of release. The modeling approach allowed us to better understand the relative effects of the product, the individual, and individual-product interaction on the release of aroma compounds during food consumption. The results of this work indicated that the most important parameters depend on the category of product (liquid or solid) under consideration
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Rio, Maxime. „Modèles bayésiens pour la détection de synchronisations au sein de signaux électro-corticaux“. Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2013. http://www.theses.fr/2013LORR0090.
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Cette thèse propose de nouvelles méthodes d'analyse d'enregistrements cérébraux intra-crâniens (potentiels de champs locaux), qui pallie les lacunes de la méthode temps-fréquence standard d'analyse des perturbations spectrales événementielles : le calcul d'une moyenne sur les enregistrements et l'emploi de l'activité dans la période pré-stimulus. La première méthode proposée repose sur la détection de sous-ensembles d'électrodes dont l'activité présente des synchronisations cooccurrentes en un même point du plan temps-fréquence, à l'aide de modèles bayésiens de mélange gaussiens. Les sous-ensembles d'électrodes pertinents sont validés par une mesure de stabilité calculée entre les résultats obtenus sur les différents enregistrements. Pour la seconde méthode proposée, le constat qu'un bruit blanc dans le domaine temporel se transforme en bruit ricien dans le domaine de l'amplitude d'une transformée temps-fréquence a permis de mettre au point une segmentation du signal de chaque enregistrement dans chaque bande de fréquence en deux niveaux possibles, haut ou bas, à l'aide de modèles bayésiens de mélange ricien à deux composantes. À partir de ces deux niveaux, une analyse statistique permet de détecter des régions temps-fréquence plus ou moins actives. Pour développer le modèle bayésien de mélange ricien, de nouveaux algorithmes d'inférence bayésienne variationnelle ont été créés pour les distributions de Rice et de mélange ricien. Les performances des nouvelles méthodes ont été évaluées sur des données artificielles et sur des données expérimentales enregistrées sur des singes. Il ressort que les nouvelles méthodes génèrent moins de faux-positifs et sont plus robustes à l'absence de données dans la période pré-stimulusThis thesis promotes new methods to analyze intracranial cerebral signals (local field potentials), which overcome limitations of the standard time-frequency method of event-related spectral perturbations analysis: averaging over the trials and relying on the activity in the pre-stimulus period. The first proposed method is based on the detection of sub-networks of electrodes whose activity presents cooccurring synchronisations at a same point of the time-frequency plan, using bayesian gaussian mixture models. The relevant sub-networks are validated with a stability measure computed over the results obtained from different trials. For the second proposed method, the fact that a white noise in the temporal domain is transformed into a rician noise in the amplitude domain of a time-frequency transform made possible the development of a segmentation of the signal in each frequency band of each trial into two possible levels, a high one and a low one, using bayesian rician mixture models with two components. From these two levels, a statistical analysis can detect time-frequency regions more or less active. To develop the bayesian rician mixture model, new algorithms of variational bayesian inference have been created for the Rice distribution and the rician mixture distribution. Performances of the new methods have been evaluated on artificial data and experimental data recorded on monkeys. It appears that the new methods generate less false positive results and are more robust to a lack of data in the pre-stimulus period
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Pagliarini, Silvia. „Modeling the neural network responsible for song learning“. Thesis, Bordeaux, 2021. http://www.theses.fr/2021BORD0107.
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Pendant la première période de leur vie, les bébés et les jeunes oiseaux présentent des phases de développement vocal comparables : ils écoutent d'abord leurs parents/tuteurs afin de construire une représentation neurale du stimulus auditif perçu, puis ils commencent à produire des sons qui se rapprochent progressivement du chant de leur tuteur. Cette phase d'apprentissage est appelée la phase sensorimotrice et se caractérise par la présence de babillage. Elle se termine lorsque le chant se cristallise, c'est-à-dire lorsqu'il devient semblable à celui produit par les adultes.Il y a des similitudes entre les voies cérébrales responsables de l'apprentissage sensorimoteur chez l'homme et chez les oiseaux. Dans les deux cas, une voie s’occupe de la production vocale et implique des projections directes des zones auditives vers les zones motrices, et une autre voie s’occupe de l’apprentissage vocal, de l'imitation et de la plasticité.Chez les oiseaux, ces circuits cérébraux sont exclusivement dédiés à l'apprentissage du chant, ce qui en fait un modèle idéal pour explorer les mécanismes neuronaux de l’apprentissage vocal par imitation.Cette thèse vise à construire un modèle de l'apprentissage du chant des oiseaux par imitation. De nombreuses études antérieures ont tenté de mettre en œuvre l'apprentissage par imitation dans des modèles informatiques et partagent une structure commune. Ces modèles comprennent des mécanismes d'apprentissage et, éventuellement, des stratégies d'exploration et d'évaluation.Dans ces modèles, une fonction de contrôle moteur permet la production de sons et une réponse sensorielle modélise soit la façon dont le son est perçu, soit la façon dont il façonne la récompense. Les entrées et les sorties de ces fonctions sont dans plusieurs espaces: l'espace moteur (paramètres moteurs), l'espace sensoriel (sons réels), l'espace perceptif (représentation à faible dimension du son) ou l’espace des objectifs (représentation non perceptive du son cible).Le premier modèle proposé est un modèle théorique inverse basé sur un modèle d'apprentissage vocal simplifié où l'espace sensoriel coïncide avec l'espace moteur (c'est-à-dire qu'il n'y a pas de production sonore). Une telle simplification permet d'étudier comment introduire des hypothèses biologiques (par exemple, une réponse non linéaire) dans un modèle d'apprentissage vocal et quels sont les paramètres qui influencent le plus la puissance de calcul du modèle.Afin de disposer d'un modèle complet (capable de percevoir et de produire des sons), nous avions besoin d'une fonction de contrôle moteur capable de reproduire des sons similaires à des données réelles. Nous avons analysé la capacité de WaveGAN (un réseau de génération) à produire des chants de canari réalistes. Dans ce modèle, l'espace d'entrée devient l'espace latent après l'entraînement et permet la représentation d'un ensemble de données à haute dimension dans une variété à plus basse dimension. Nous avons obtenu des chants de canari réalistes en utilisant seulement trois dimensions pour l'espace latent. Des analyses quantitatives et qualitatives démontrent les capacités d'interpolation du modèle, ce qui suggère que le modèle peut être utilisé comme fonction motrice dans un modèle d'apprentissage vocal.La deuxième version du modèle est un modèle d'apprentissage vocal complet avec une boucle action-perception complète (il comprend l'espace moteur, l'espace sensoriel et l'espace perceptif). La production sonore est réalisée par le générateur GAN obtenu précédemment. Un réseau neuronal récurrent classant les syllabes sert de réponse sensorielle perceptive. La correspondance entre l'espace perceptuel et l'espace moteur est apprise par un modèle inverse. Les résultats préliminaires montrent l'impact du taux d'apprentissage lorsque différentes fonctions de réponse sensorielle sont mises en œuvreDuring the first period of their life, babies and juvenile birds show comparable phases of vocal development: first, they listen to their parents/tutors in order to build a neural representation of the experienced auditory stimulus, then they start to produce sound and progressively get closer to reproducing their tutor song. This phase of learning is called the sensorimotor phase and is characterized by the presence of babbling, in babies, and subsong, in birds. It ends when the song crystallizes and becomes similar to the one produced by the adults.It is possible to find analogies between brain pathways responsible for sensorimotor learning in humans and birds: a vocal production pathway involves direct projections from auditory areas to motor neurons, and a vocal learning pathway is responsible for imitation and plasticity. The behavioral studies and the neuroanatomical structure of the vocal control circuit in humans and birds provide the basis for bio-inspired models of vocal learning.In particular, birds have brain circuits exclusively dedicated to song learning, making them an ideal model for exploring the representation of vocal learning by imitation of tutors.This thesis aims to build a vocal learning model underlying song learning in birds. An extensive review of the existing literature is discussed in the thesis: many previous studies have attempted to implement imitative learning in computational models and share a common structure. These learning architectures include the learning mechanisms and, eventually, exploration and evaluation strategies. A motor control function enables sound production and sensory response models either how sound is perceived or how it shapes the reward. The inputs and outputs of these functions lie (1)~in the motor space (motor parameters’ space), (2)~in the sensory space (real sounds) and (3)~either in the perceptual space (a low dimensional representation of the sound) or in the internal representation of goals (a non-perceptual representation of the target sound).The first model proposed in this thesis is a theoretical inverse model based on a simplified vocal learning model where the sensory space coincides with the motor space (i.e., there is no sound production). Such a simplification allows us to investigate how to introduce biological assumptions (e.g. non-linearity response) into a vocal learning model and which parameters influence the computational power of the model the most. The influence of the sharpness of auditory selectivity and the motor dimension are discussed.To have a complete model (which is able to perceive and produce sound), we needed a motor control function capable of reproducing sounds similar to real data (e.g. recordings of adult canaries). We analyzed the capability of WaveGAN (a Generative Adversarial Network) to provide a generator model able to produce realistic canary songs. In this generator model, the input space becomes the latent space after training and allows the representation of a high-dimensional dataset in a lower-dimensional manifold. We obtained realistic canary sounds using only three dimensions for the latent space. Among other results, quantitative and qualitative analyses demonstrate the interpolation abilities of the model, which suggests that the generator model we studied can be used as a motor function in a vocal learning model.The second version of the sensorimotor model is a complete vocal learning model with a full action-perception loop (i.e., it includes motor space, sensory space, and perceptual space). The sound production is performed by the GAN generator previously obtained. A recurrent neural network classifying syllables serves as the perceptual sensory response. Similar to the first model, the mapping between the perceptual space and the motor space is learned via an inverse model. Preliminary results show the influence of the learning rate when different sensory response functions are implemented
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Azevedo, Carvalho Nathalie. „Un modèle informatique biologiquement réaliste des oscillations neuronales pathologiques observées dans la maladie de Parkinson“. Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2022. http://www.theses.fr/2022LORR0077.
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Ma thèse s'articule autour de trois axes : développer un modèle biophysique, proposer un outil de simulation et exploiter le modèle en simulation. Développer un modèle biophysique de la structure neuronale impliquée dans la maladie de Parkinson, les ganglions de la base. Nous simulons des neurones physiologiquement réalistes à l'aide du formalisme d'Hodgkin-Huxley permettant d'intégrer des canaux ioniques spécifiques. Dans les différentes populations de neurones des GB, dont les arkipallidaux et les proptotypiques du GPe, ainsi que les neurones dopaminergiques D1 et D2 du striatum, les propriétés cellulaires et la connectivité semblent être des facteurs prépondérants dans le comportement oscillatoire du réseau. Notre modèle est validé par des données expérimentales en condition saine, recueillies par nos collaborateurs biologistes, chez le rat. Proposer un outil de simulation de réseaux de neurones impulsionnels permettant des simulations réalistes à grande échelle, > 1 million de neurones, sur machine parallèle i.e plateformes Grid'5000, Explor, etc... SiReNe est un simulateur de réseaux de neurones développé en langage C. Ce logiciel s'appuie sur une approche de simulation combinant une intégration numérique, Runge-Kutta 2, de la dynamique neuronale, et d'une génération événementielle de la connectivité du réseau lors des émissions des potentiels d'action. Cette approche hybride, développée pendant la thèse, permet de simuler des grands réseaux de neurones très détaillés du type Hodgkin-Huxley. Dans le futur, notre modèle pourra être exploité en simulation pour tester certaines hypothèses sur la synchronisation pathologique observée dans la maladie de Parkinson. Les hypothèses que nous envisageons d'étudier portent, principalement, sur le rôle des connexions synaptiques GABAergiques, et des propriétés neuronales, intrinsèques, des canaux SK qui contrôlent la précision de la décharge neuronale. La simulation de modèles à grande échelle pourra, notamment, être utilisée pour limiter la synchronisation pathologique, et les troubles moteurs, par le biais de nouvelles méthodes de neurostimulation, comme la stimulation cérébrale profondeMy thesis is based on three axes: to develop a biophysical model, to propose a simulation tool, and exploit the model in simulation.We develop a biophysical model of the neuronal structure involved in Parkinson's disease, the basal ganglia. We simulate physiologically realistic neurons using the Hodgkin-Huxley formalism to incorporate specific ion channels present in different populations of GB neurons, including arkipallidal and proptotypic GPe, as well as dopaminergic D1 and D2 neurons in the striatum, whose cellular properties and connectivity appear to be prominent factors in the oscillatory behavior of the network. Our model is validated by experimental data in healthy conditions of the rat, collected by our biologist collaborators.We propose a simulation tool for impulse neural networks allowing realistic simulations on a large scale, > 1 million neurons, on a parallel machine i.e. Grid'5000, Explor, etc... SiReNe is a neural network simulator developed in the C language. This software is based on a hybrid simulation approach. It combines a numerical integration, Runge-Kutta 2, of the neuronal dynamics and an event-driven generation of the network connectivity during action potentials emissions. This approach, developed during the thesis, allows the simulation of large and very detailedneural networks of the Hodgkin-Huxley type.In the future, our model could be used in simulation to test some hypotheses on the pathological synchronization observed in Parkinson's disease. Like the role of GABAergic synaptic connections and the intrinsic neuronal properties of SK channels which control the precision of neuronal discharge. The simulation of large-scale models could be used to limit pathological synchronization and motor disorders through new neurostimulation methods, such as deep brain stimulation
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Kubler, Samuel. „Statistical methods for the robust extraction of objects’ spatio-temporal relations in bioimaging – Application to the functional analysis of neuronal networks in vivo“. Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2023. http://www.theses.fr/2023SORUS455.
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Le code neuronal, c'est-à-dire la manière dont les neurones interconnectés peuvent effectuer des opérations complexes, permettant l'adaptation rapide des animaux à leur environnement, reste une question ouverte et un champ de recherche intensif tant en neurosciences expérimentales qu'en neurosciences computationnelles. Les progrès de la biologie moléculaire et de la microscopie ont récemment permis de surveiller l'activité de neurones individuels chez un animal vivant et, dans le cas de petits animaux ne contenant que quelques milliers de neurones, de mesurer l'activité de l'ensemble du système nerveux. Cependant, le cadre mathématique qui permettrait de combler le fossé entre l'activité d'un seul neurone et les propriétés computationnelles émergentes des ensembles neuronaux fait défaut. Dans le manuscrit de thèse, nous présentons un pipeline de traitement statistique séquentiel qui permet d'extraire efficacement et de manière robuste des ensembles neuronaux à partir de l'imagerie calcique de l'activité neuronale. En particulier, nous développons un cadre d'inférence bayésienne basé sur un modèle biologiquement interprétable pour extraire des ensembles neuronaux caractérisés par du bruit, de l'asynchronisme et du recouvrement. L'outil fourni démontre qu'une procédure d'échantillonnage de Gibbs peut estimer efficacement les paramètres statistiques et les variables latentes pour extraire les ensembles neuronaux basés sur un modèle de synchronisation à la fois sur des données synthétiques et sur des données expérimentales allant de stimulations du cortex visuel de la souris et du poisson zèbre à l'activité spontanée de Hydra Vulgaris. La thèse développe également un cadre statistique de processus ponctuel pour quantifier la façon dont les ensembles neuronaux encodent les stimuli évoqués ou les comportements spontanés chez les animaux vivants. Cet outil polyvalent est également utilisé pour l'inférence de la connectivité fonctionnelle de l'activité neuronale ou la procédure de calibration automatique des algorithmes d'inférence de pics appliqués aux enregistrements calciques. Pour que les algorithmes fournis soient largement diffusés dans la communauté des neurobiologistes, les résultats doivent être étayés par des estimations biologiques interprétables, des preuves statistiques, des démonstrations mathématiques rigoureuses et des logiciels en libre accès. Notre implémentation contributive, qui va de l'intensité des pixels aux ensembles neuronaux estimés, identifie également, à partir des schémas d'activation synchrone des ensembles neuronaux, les neurones ayant des rôles spécifiques qui peuvent être utilisés pour prédire, améliorer ou modifier les comportements d'animaux vivants. Le cadre fourni permet de démontrer l'émergence de propriétés collectives à partir de l'enregistrement de signaux individuels extrêmement variables, qui rendent le code neuronal encore insaisissableThe neural code, i.e. how interconnected neurons can perform complex operations, allowing the quick adaptation of animals to their environment, remains an open question and an intensive field of research both in experimental and computational neurosciences. Advances in molecular biology and microscopy have recently made it possible to monitor the activity of individual neurons in living animals and, in the case of small animals containing only a few thousands of neurons, to measure the activity of the entire nervous system. However, the mathematical framework that would bridge the gap between single neuron activity and the emergent computational properties of neuronal ensembles is missing.In the thesis manuscript, we introduce a sequential statistical processing pipeline that efficiently and robustly extracts neuronal ensembles from calcium imagery of neuronal activity. In particular, we develop a Bayesian inference framework based on a biologically interpretable model to extract neuronal ensembles characterized by noise, asynchrony and overlapping. The provided tool demonstrates that a Gibbs sampling routine can efficiently estimate statistical parameters and hidden variables to uncover neuronal ensembles based on synchronization patterns both on synthetic data and on various experimental datasets from mice and zebrafish visual cortex to Hydra Vulgaris. The thesis equally develops a point process statistical framework to quantify how neuronal ensembles encode evoked stimuli or spontaneous behaviors in living animals. This versatile tool is also used for the inference of the functional connectivity of neuronal activity or the automatically calibration procedure of the spike inference algorithms applied to calcium recordings. For the providing algorithms to be largely spread in the neurobiologist community, results are supported by interpretable biological estimates, statistical evidence, rigorous mathematical proofs, and free-available software. Our contributive implementation, that goes from pixel intensity to estimated neuronal ensembles, equally identify from the synchronous firing patterns of neuronal ensembles, neurons with specific roles that can be used to predict, improve, or alter the behaviors of living animals. The provided framework unravels the emergence of collective properties from the recording of extremely varying individual signals that make the neural code still elusive
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Weng, Qilong. „Stabilité pour des modèles de réseaux de neurones et de chimiotaxie“. Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017PSLED026/document.
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Cette thèse vise à étudier certains modèles biologiques dans le réseau neuronal et dans la chimiotaxie avec la méthode d’analyse spectrale. Afin de traiter les principaux problèmes, tels que l’existence et l’unicité des solutions et des états stationnaires ainsi que les comportements asymptotiques, le modèle linéaire ou linéarisé associé est considéré par l’aspect du spectre et des semi-groupes dans les espaces appropriés, puis la stabilité de modèle non linéaire suit. Plus précisément, nous commençons par une équation de courses-et-chutes linéaire dans la dimension d≥1 pour établir l’existence d’un état stationnaire unique, positif et normalisé et la stabilité exponentielle asymptotique dans l’espace L¹ pondéré basé sur la théorie de Kerin-Rutman avec quelques estimations du moment de la théorie cinétique. Ensuite, nous considérons le modèle du temps écoulé sous les hypothèses générales sur le taux de tir et nous prouvons l’unicité de l’état stationnaire et sa stabilité exponentielle non linéaire en cas sans ou avec délai au régime de connectivité faible de la théorie de l’analyse spectrale pour les semi-groupes. Enfin, nous étudions le modèle sous une hypothèse de régularité plus faible sur le taux de tir et l’existence de la solution ainsi que la même stabilité exponentielle sont généralement établies n’importe la prise en compte du délai ou non, au régime de connectivité faible ou forteThis thesis is aimed to study some biological models in neuronal network and chemotaxis with the spectral analysis method. In order to deal with the main concerning problems, such as the existence and uniqueness of the solutions and steady states as well as the asymptotic behaviors, the associated linear or linearized model is considered from the aspect of spectrum and semigroups in appropriate spaces then the nonlinear stability follows. More precisely, we start with a linear runs-and-tumbles equation in dimension d≥1 to establish the existence of a unique positive and normalized steady state and the exponential asymptotic stability in weighted L¹ space based on the Krein-Rutman theory together with some moment estimates from kinetic theory. Then, we consider time elapsed model under general assumptions on the firing rate and prove the uniqueness of the steady state and its nonlinear exponential stability in case without or with delay in the weak connectivity regime from the spectral analysis theory for semigroups. Finally, we study the model under weaker regularity assumption on the firing rate and the existence of the solution as well as the same exponential stability are established generally no matter taking delay into account or not and no matter in weak or strong connectivity regime