Contribution au pronostic de défaut dans les systèmes complexes par les techniques intelligentes

Nous avons présenté une nouvelle approche basée sur l'utilisation d'une méthode guidée par les données pour le pronostic des défauts. Cette méthode requiert des données décrivant le processus de dégradation. Lorsque les données sont insuffisantes, la prédiction des états devient difficile avec les modèles profonds de type mémoire à long terme (LSTM), qui nécessitent une quantité importante de données d'apprentissage. Pour résoudre ce problème de rareté des données dans la prédiction de la durée de vie restante (RUL), nous proposons d'adopter une stratégie d'augmentation des données. Les résultats obtenus sont démontrent que l'application d'une stratégie d'augmentation des données, peut améliorer les performances de prédiction de la RUL en utilisant les techniques LSTM. Nous avons validé cette approche en utilisant les données de la NASA Commercial Modular Aero-Propulsion System Simulation (C-MAPPS)

Phylogénomique des Archées

Les transferts horizontaux de gènes (THG) ont été démontrés pour jouer un rôle important dans l'évolution des procaryotes. Leur impact a été le sujet de débats intenses, ceux-ci allant même jusqu'à l'abandon de l'arbre des espèces. Selon certaines études, un signal historique dominant est présent chez les procaryotes, puisque les transmissions horizontales stables et fonctionnelles semblent beaucoup plus rares que les transmissions verticales (des dizaines contre des milliards). Cependant, l'effet cumulatif des THG est non-négligeable et peut potentiellement affecter l'inférence phylogénétique. Conséquemment, la plupart des chercheurs basent leurs inférences phylogénétiques sur un faible nombre de gènes rarement transférés, comme les protéines ribosomales. Ceux-ci n'accordent cependant pas autant d'importance au modèle d'évolution utilisé, même s'il a été démontré que celui-ci est important lorsqu'il est question de résoudre certaines divergences entre ancêtres d'espèces, comme pour les animaux par exemple. Dans ce mémoire, nous avons utilisé des simulations et analyser des jeux de données d'Archées afin d'étudier l'impact relatif des THG ainsi que l'impact des modèles d'évolution sur la précision phylogénétique. Nos simulations prouvent que (1) les THG ont un impact limité sur les phylogénies, considérant un taux de transferts réaliste et que (2) l'approche super-matrice est plus précise que l'approche super-arbre. Nous avons également observé que les modèles complexes expliquent non seulement mieux les données que les modèles standards, mais peuvent avoir un impact direct sur différents groupes phylogénétiques et sur la robustesse de l'arbre obtenu. Nos résultats contredisent une publication récente proposant que les Thaumarchaeota apparaissent à la base de l'arbre des Archées.Horizontal gene transfer (HGT) had been demonstrated to play an important role in the evolution of prokaryotes. Their impact on phylogeny was the subject of a heated debate, with some proposing that the concept of a species tree should be abandoned. The phylogeny of prokaryotes does contain a major part of the historical signal, because stable and functional horizontal transmissions appear to be by far rarer than vertical transmissions (tens versus billions). However, the cumulative effect of HGT is non-negligible and can potentially affect phylogenetic inference. Therefore, most researchers base their phylogenetic inference on a low number of rarely transferred genes such as ribosomal proteins, but they assume the selection of the model of evolution as less important, this despite the fact that it has been shown of prime importance for much less deep divergences, e.g. like animals. Here, we used a combination of simulations and of real data from Archaea to study the relative impact of HGT and of the inference methods on the phylogenetic accuracy. Our simulations prove that (1) HGTs have a limited impact on phylogeny, assuming a realistic rate and (2) the supermatrix is much more accurate than the supertree approach. We also observed that more complex models of evolution not only have a better fit to the data, but can also have a direct impact on different phylogenetic groups and on the robustness of the tree. Our results are in contradiction to a recent publication proposing that the Thaumarchaeota are at the base of the Archaeal tree

Détection des transferts horizontaux de gènes : modèles et algorithmes appliqués à l'évolution des espèces et des langues

Le transfert horizontal de gènes (THG, ou transfert latéral de gènes) est un mécanisme d'évolution naturel qui consiste en le transfert direct du matériel génétique d'une espèce à une autre. La possibilité que le transfert horizontal de gènes puisse jouer un rôle clé dans l'évolution biologique est un changement fondamental dans notre perception des aspects généraux de la biologie évolutive survenu ces dernières années. Par exemple, les bactéries et les virus possèdent des mécanismes sophistiqués d'acquisition de nouveaux gènes par transfert horizontal leur permettant de s'adapter et d'évoluer adéquatement dans leur environnement. Jusqu'à tout récemment, les méthodes de détection de ce mécanisme reposaient essentiellement sur l'analyse de séquences et étaient très rarement automatisées. Il est impossible de représenter l'évolution d'organismes ayant subi des THG à l'aide d'arbres phylogénétiques acycliques. La présentation adéquate est celle d'un réseau. Dans cette thèse, nous décrivons un nouveau modèle de ce mécanisme d'évolution, en se basant sur l'étude de différences topologiques et métriques entre un arbre d'espèces et un arbre du gène inférés pour le même ensemble d'espèces. Les méthodes qui en découlent ont été appliquées à des jeux de données réelles où des hypothèses de transferts latéraux de gènes étaient plausibles. Des simulations Monté-Carlo ont été menées afin d'évaluer la qualité des résultats par rapport à des méthodes existantes. Nous présentons également une généralisation du modèle de transferts horizontaux complets qui est applicable pour détecter des transferts partiels et identifier des gènes mosaïques. Dans ce dernier modèle, on suppose qu'une partie seulement du gène a été transférée. Enfin, nous présentons une application de ces nouvelles méthodes servant à modéliser des emprunts de mots survenus durant l'évolution des langues indo-européennes. \ud ______________________________________________________________________________ \ud MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : arbre phylogénétique, réseau réticulé, transfert horizontal de gènes, critère des moindres carrés, distance de Robinson et Foulds, dissimilarité de bipartitions, biolinguistique

Correction des effets de volume partiel en tomographie d'émission

Ce mémoire est consacré à la compensation des effets de flous dans une image, communément appelés effets de volume partiel (EVP), avec comme objectif d application l amélioration qualitative et quantitative des images en médecine nucléaire. Ces effets sont la conséquence de la faible résolutions spatiale qui caractérise l imagerie fonctionnelle par tomographie à émission mono-photonique (TEMP) ou tomographie à émission de positons (TEP) et peuvent être caractérisés par une perte de signal dans les tissus présentant une taille comparable à celle de la résolution spatiale du système d imagerie, représentée par sa fonction de dispersion ponctuelle (FDP). Outre ce phénomène, les EVP peuvent également entrainer une contamination croisée des intensités entre structures adjacentes présentant des activités radioactives différentes. Cet effet peut conduire à une sur ou sous estimation des activités réellement présentes dans ces régions voisines. Différentes techniques existent actuellement pour atténuer voire corriger les EVP et peuvent être regroupées selon le fait qu elles interviennent avant, durant ou après le processus de reconstruction des images et qu elles nécessitent ou non la définition de régions d intérêt provenant d une imagerie anatomique de plus haute résolution(tomodensitométrie TDM ou imagerie par résonance magnétique IRM). L approche post-reconstruction basée sur le voxel (ne nécessitant donc pas de définition de régions d intérêt) a été ici privilégiée afin d éviter la dépendance aux reconstructions propres à chaque constructeur, exploitée et améliorée afin de corriger au mieux des EVP. Deux axes distincts ont été étudiés. Le premier est basé sur une approche multi-résolution dans le domaine des ondelettes exploitant l apport d une image anatomique haute résolution associée à l image fonctionnelle. Le deuxième axe concerne l amélioration de processus de déconvolution itérative et ce par l apport d outils comme les ondelettes et leurs extensions que sont les curvelets apportant une dimension supplémentaire à l analyse par la notion de direction. Ces différentes approches ont été mises en application et validées par des analyses sur images synthétiques, simulées et cliniques que ce soit dans le domaine de la neurologie ou dans celui de l oncologie. Finalement, les caméras commerciales actuelles intégrant de plus en plus des corrections de résolution spatiale dans leurs algorithmes de reconstruction, nous avons choisi de comparer de telles approches en TEP et en TEMP avec une approche de déconvolution itérative proposée dans ce mémoire.Partial Volume Effects (PVE) designates the blur commonly found in nuclear medicine images andthis PhD work is dedicated to their correction with the objectives of qualitative and quantitativeimprovement of such images. PVE arise from the limited spatial resolution of functional imaging witheither Positron Emission Tomography (PET) or Single Photon Emission Computed Tomography(SPECT). They can be defined as a signal loss in tissues of size similar to the Full Width at HalfMaximum (FWHM) of the PSF of the imaging device. In addition, PVE induce activity crosscontamination between adjacent structures with different tracer uptakes. This can lead to under or overestimation of the real activity of such analyzed regions. Various methodologies currently exist tocompensate or even correct for PVE and they may be classified depending on their place in theprocessing chain: either before, during or after the image reconstruction process, as well as theirdependency on co-registered anatomical images with higher spatial resolution, for instance ComputedTomography (CT) or Magnetic Resonance Imaging (MRI). The voxel-based and post-reconstructionapproach was chosen for this work to avoid regions of interest definition and dependency onproprietary reconstruction developed by each manufacturer, in order to improve the PVE correction.Two different contributions were carried out in this work: the first one is based on a multi-resolutionmethodology in the wavelet domain using the higher resolution details of a co-registered anatomicalimage associated to the functional dataset to correct. The second one is the improvement of iterativedeconvolution based methodologies by using tools such as directional wavelets and curveletsextensions. These various developed approaches were applied and validated using synthetic, simulatedand clinical images, for instance with neurology and oncology applications in mind. Finally, ascurrently available PET/CT scanners incorporate more and more spatial resolution corrections in theirimplemented reconstruction algorithms, we have compared such approaches in SPECT and PET to aniterative deconvolution methodology that was developed in this work.TOURS-Bibl.électronique (372610011) / SudocSudocFranceF

Développement de méthodes statistiques nécessaires à l'analyse de données génomiques (application à l'influence du polymorphisme génétique sur les caractéristiques cutanées individuelles et l'expression du vieillissement cutané.)

Les nouvelles technologies développées ces dernières années dans le domaine de la génétique ont permis de générer des bases de données de très grande dimension, en particulier de Single Nucleotide Polymorphisms (SNPs), ces bases étant souvent caractérisées par un nombre de variables largement supérieur au nombre d'individus. L'objectif de ce travail a été de développer des méthodes statistiques adaptées à ces jeux de données de grande dimension et permettant de sélectionner les variables les plus pertinentes au regard du problème biologique considéré. Dans la première partie de ce travail, un état de l'art présente différentes méthodes de sélection de variables non supervisées et supervisées pour 2 blocs de variables et plus. Dans la deuxième partie, deux nouvelles méthodes de sélection de variables non supervisées de type "sparse" sont proposées : la Group Sparse Principal Component Analysis (GSPCA) et l'Analyse des Correspondances Multiples sparse (ACM sparse). Vues comme des problèmes de régression avec une pénalisation group LASSO elles conduisent à la sélection de blocs de variables quantitatives et qualitatives, respectivement. La troisième partie est consacrée aux interactions entre SNPs et dans ce cadre, une méthode spécifique de détection d'interactions, la régression logique, est présentée. Enfin, la quatrième partie présente une application de ces méthodes sur un jeu de données réelles de SNPs afin d'étudier l'influence possible du polymorphisme génétique sur l'expression du vieillissement cutané au niveau du visage chez des femmes adultes. Les méthodes développées ont donné des résultats prometteurs répondant aux attentes des biologistes, et qui offrent de nouvelles perspectives de recherches intéressantesNew technologies developed recently in the field of genetic have generated high-dimensional databases, especially SNPs databases. These databases are often characterized by a number of variables much larger than the number of individuals. The goal of this dissertation was to develop appropriate statistical methods to analyse high-dimensional data, and to select the most biologically relevant variables. In the first part, I present the state of the art that describes unsupervised and supervised variables selection methods for two or more blocks of variables. In the second part, I present two new unsupervised "sparse" methods: Group Sparse Principal Component Analysis (GSPCA) and Sparse Multiple Correspondence Analysis (Sparse MCA). Considered as regression problems with a group LASSO penalization, these methods lead to select blocks of quantitative and qualitative variables, respectively. The third part is devoted to interactions between SNPs. A method employed to identify these interactions is presented: the logic regression. Finally, the last part presents an application of these methods on a real SNPs dataset to study the possible influence of genetic polymorphism on facial skin aging in adult women. The methods developed gave relevant results that confirmed the biologist's expectations and that offered new research perspectives.PARIS-CNAM (751032301) / SudocSudocFranceF

Analyse acoustique de la voix émotionnelle de locuteurs lors d'une interaction humain-robot

Mes travaux de thèse s'intéressent à la voix émotionnelle dans un contexte d'interaction humain-robot. Dans une interaction réaliste, nous définissons au moins quatre grands types de variabilités : l'environnement (salle, microphone); le locuteur, ses caractéristiques physiques (genre, âge, type de voix) et sa personnalité; ses états émotionnels; et enfin le type d'interaction (jeu, situation d'urgence ou de vie quotidienne). A partir de signaux audio collectés dans différentes conditions, nous avons cherché, grâce à des descripteurs acoustiques, à imbriquer la caractérisation d'un locuteur et de son état émotionnel en prenant en compte ces variabilités.Déterminer quels descripteurs sont essentiels et quels sont ceux à éviter est un défi complexe puisqu'il nécessite de travailler sur un grand nombre de variabilités et donc d'avoir à sa disposition des corpus riches et variés. Les principaux résultats portent à la fois sur la collecte et l'annotation de corpus émotionnels réalistes avec des locuteurs variés (enfants, adultes, personnes âgées), dans plusieurs environnements, et sur la robustesse de descripteurs acoustiques suivant ces quatre variabilités. Deux résultats intéressants découlent de cette analyse acoustique: la caractérisation sonore d'un corpus et l'établissement d'une liste "noire" de descripteurs très variables. Les émotions ne sont qu'une partie des indices paralinguistiques supportés par le signal audio, la personnalité et le stress dans la voix ont également été étudiés. Nous avons également mis en oeuvre un module de reconnaissance automatique des émotions et de caractérisation du locuteur qui a été testé au cours d'interactions humain-robot réalistes. Une réflexion éthique a été menée sur ces travaux.This thesis deals with emotional voices during a human-robot interaction. In a natural interaction, we define at least, four kinds of variabilities: environment (room, microphone); speaker, its physic characteristics (gender, age, voice type) and personality; emotional states; and finally the kind of interaction (game scenario, emergency, everyday life). From audio signals collected in different conditions, we tried to find out, with acoustic features, to overlap speaker and his emotional state characterisation taking into account these variabilities.To find which features are essential and which are to avoid is hard challenge because it needs to work with a high number of variabilities and then to have riche and diverse data to our disposal. The main results are about the collection and the annotation of natural emotional corpora that have been recorded with different kinds of speakers (children, adults, elderly people) in various environments, and about how reliable are acoustic features across the four variabilities. This analysis led to two interesting aspects: the audio characterisation of a corpus and the drawing of a black list of features which vary a lot. Emotions are ust a part of paralinguistic features that are supported by the audio channel, other paralinguistic features have been studied such as personality and stress in the voice. We have also built automatic emotion recognition and speaker characterisation module that we have tested during realistic interactions. An ethic discussion have been driven on our work.PARIS11-SCD-Bib. électronique (914719901) / SudocSudocFranceF

Détection des ARNnc dans les séquences génomiques. Application au génome de Ralstonia solanacearum

Les ARN non-codant sont des régulateurs clés des divers processus cellulaires, chez les procaryotes et les eucaryotes. Malgré le grand nombre des ARN non-codant connus à ce jour il n'existe pas de méthode bioinformatique universelle permettant leur détection. Il est connu que, dans les genomes archéans A+T riches hyperthermophiles, la détection est possible à l'aide de leur composition en G+C elevée dans ces génomes. Ici nous étudions l'approche par biais de composition pour la détection des ARN non-codant dans le génome G+C riche de Ralstonia solanacearum pour lequel aucun étude de recherche des ARNnc n'a pas été menée à ce jour. Nous étudions tout d'abord l'existence d'un biais de composition dans les ARNnc du génome A+T riche de Staphylococcus aureus. D'un point de vue méthodologique, ce travail propose une procédure pour tester l'existence d'un biais en G+C dans différents éléments génomiques. La procédure est basée sur la theorie des Modeles Lineaires Generalises. Nous montrons que les ARNnc de S. aureus ensemble avec certaines séquences repetées, sont caracterisées par le G+C% plus elevée et ceci peut être utilisé pour leur détection. La même approche à été utilisée avec moins de succès sur le génome de R. somanacearum. De façon complémentaire a l'approche par biais de composition, nous avons utilise l'analyse comparative des différentes souches de R. solanacearum pour la détection des ARNnc conserves. Nous avons développe la nouvelle version de RNAsim, un outil utilisant la théorie des graphes pour identifier les régions intergeniques conservées entre plusieurs génomes. Les candidats choisis a l'aide de l'approche comparative ont été analyses par rapport a la conservation de leur structure secondaire, éléments de syntenie etc. afin d'évaluer leur pertinence biologique. Huit candidats ont été sélectionnes et ils seront testes biologiquement.Recently, noncoding RNAs (ncRNAs) have emerged as key regulators in control of diverse cellular processes both in procaryotes and eucaryotes. Despite a great number of noncoding RNA known today, no universal feature allowing their reliable prediction has been found. Nevertheless, it is known that in archean A+T rich thermophiles ncRNA detection is possible on the basis on their elevated G+C contents. On the other hand, there are no studies exploring the compositional properties of noncoding RNA in G+C rich genomes. Here we study the noncoding RNA detection in Ralstonia solanacearum G+C rich beta-proteobacterium in which no previous systematic search of noncoding RNAs had been undertaken.e first studied the existence of the compositional bias in ncRNAs in A+T rich bacterium Staphylococcus aureus. From the methodological point of view, this work resulted in proposition of a procedure for testing the G+C bias in different genomes features, and noncoding RNA in particular, based on the Generalised Linear Modelling. We show that S. aureus ncRNAs, as well as some repeat sequences, are caracterised by a significant compositional bias which can be used for their detection. The same approach was less succesiful when applied on R. solanacearum genome. Complementary to the compositional bias approach, we used the comparative genome analysis between different strains of R. solanacearum in order to detect conserved noncoding RNA. During this work, we developed a new version of RNAsim, a tool using graph theory approach in order to predict conserved intergenic regions in multiple genomes. The candidates selectionned on their conservation were analysed on the basis of their secondary structure conservation, elements of synteny and other features, in order to determine their biological relevance. Eight candidates were selected and theirtranscription will be tested biologically

L'AIS : une donnée pour l'analyse des activités en mer

4 pages, session "Mer et littoral"International audienceCette contribution présente des éléments méthodologiques pour la description des activités humaines en mer dans une perspective d'aide à la gestion. Différentes procédures, combinant l'exploitation de bases de données spatio-temporelles issue de données AIS archivées à des analyses spatiales au sein d'un SIG, sont testées afin de caractériser le transport maritime en Mer d'Iroise (Bretagne, France) sur les plans spatiaux, temporels et quantitatifs au cours d'une année

Les signatures neurobiologiques de la conscience

Dans le cadre de ses activités scientifiques, l’Académie Européenne Interdisciplinaire des Sciences a réuni durant la période 2016-2018, par l’intermédiaire de séminaires, conférences et colloque, divers spécialistes travaillant dans les domaines des neurosciences, de la psychologie cognitive, de l’intelligence artificielle, ou encore réfléchissant aux impacts sociétaux des avancées obtenues. Cet ouvrage est le fruit de toutes ces contributions et a pour ambition de présenter un certain nombre de résultats, de perspectives actuellement discernables, de points de vue concernant l’état des connaissances dans ces domaines avec un lien, parfois direct, parfois implicite, avec la question de la conscience. Une introduction générale, rédigée par le comité de lecture de l’AEIS, rappelle le contexte de l’émergence de ces résultats, perspectives et points de vue, dont le lecteur prendra connaissance dans le corps de l’ouvrage, qui comporte quatre parties : Travaux en neurosciences et psychologie expérimentale. Sciences cognitives et intelligence artificielle. Réflexions sur l’intelligence, la conscience et l’impact de l’IA sur les activités humaines. Synthèse des discussions de la table ronde tenue à l’issue du colloque de mars 2018. Un court épilogue rédigé par le comité de lecture met en avant des réflexions et questions qu’ont soulevé la lecture des différents chapitres de l’ouvrage et la prise de connaissance d’articles scientifiques foisonnants sur les travaux actuels pluridisciplinaires autour des interrogations liées à la conscience au sens large

Modélisation de la réplications des Prions : Implication de la dépendance en taille des agrégats de PrP et de l'hétérogénéité des populations cellulaires.

Prion diseases are neurodegenerative, fatal and transmissible diseases, with no effective treatment. The risk of transmission of bovine spongiform encephalopathy to humans is now under control ; however the risk of human-to-human transmission of variant Creutzfeldt-Jakob disease via medical treatments (notably through blood transfusion) remains. Thus, understanding cellular and molecular mechanisms responsible for Prion replication and dissemination is critical to efficiently control Prion transmission. The mechanisms of Prion replication are poorly characterised and occur at time and size scale achieved experimentally with difficulty. Thus, mathematical models can help us understand prion multiplication by testing which mechanisms best fit to experimental data. Therefore the objectives of our study are to complete existing mathematical model in order to investigate the size-dependent replicative properties of prion aggregates and the cellular heterogeneity. Firstly, we have extended a previous study of the nucleated polymerization model to take into account size dependent replicative properties of prion aggregates. This is achieved by a choice of coefficients in the model that are not constant. Our results suggest that the size distribution of prion aggregates could be one of the most informative experimental data to study elementary replication mechanisms and to investigate strain phenomenon. Secondly, we have modelled the multicellular dynamics of prion replication by integrating intracellular replication (by nucleated polymerization) into a continuous and stochastic cellular automaton. The model formulation is based on an experimental characterisation of cellular heterogeneity. From an applicative point of view, this theoretical study has allowed us to propose several protocols to increase cell culture sensitivity to prion infection.Les maladies à Prions sont des maladies neurodégénératives fatales, touchant l'homme et l'animal. Même si le risque de transmission de la maladie de la vache folle à l'homme semble maîtrisé, il persiste actuellement un risque de santé publique lié à la transmission iatrogène de cette forme, notamment par transfusion sanguine. Pour contrôler cette transmission, il est donc essentiel de mieux comprendre les mécanismes moléculaires et cellulaires de réplication et de dissémination des Prions. Ces mécanismes de réplication se produisent à des échelles de temps et de taille difficilement accessibles expérimentalement, et ont ainsi fait l'objet de nombreuses modélisations théoriques utiles pour aider à la compréhension des mécanismes. L'objectif de cette thèse est de compléter ces modèles mathématiques, afin d'étudier plus spécifiquement les conséquences dynamiques sur la réplication des Prions, des propriétés de réplication taille-dépendante d'une part, et de l'hétérogénéité des cellules impliquées dans la réplication d'autre part. Dans un premier temps, nous avons généralisé un modèle de polymérisation nucléée pour prendre en compte un taux d'élongation des fibrilles dépendant de leur taille. Nous avons principalement déduit de cette étude que la distribution en taille des agrégats semble une donnée expérimentale très informative sur les mécanismes élémentaires de réplication, au contraire du profil cinétique d'accumulation de la PrPres peu sensibles aux propriétés de réplication taille-dépendantes. Dans un second temps, après une caractérisation expérimentale de l'hétérogénéité cellulaire de réplication, nous avons intégré le mécanisme de réplication intracellulaire à un modèle multicellulaire par automate cellulaire continu stochastique. De manière appliquée, cette étude nous a permis d'identifier des étapes du processus de culture cellulaire critiques pour l'établissement d'une infection chronique, et nous a permis de proposer plusieurs protocoles pour augmenter la sensibilité des cultures cellulaires aux infections à Prions