One-dimensional time-dependent model of the cardiac pacemaker activity induced by the mechano-electric feedback in a thermo-electro-mechanical background

peer reviewedBut de l’étude : Dans un cœur sain, le mécanisme de feedback mécano-électrique (FME) agit comme un régulateur intrinsèque du myocarde, en atténuant les perturbations mécaniques, permettant une contraction cardiaque normale et une situation électromécanique saine. Cependant, dans certaines circonstances, le FME peut être un générateur d’arythmies cardiaques importantes en induisant localement des dépolarisations électriques dues à des déformations anormales du tissu myocardique, via des canaux mécano-sensibles activés par l’étirement des fibres musculaires cardiaques. Ces perturbations peuvent ensuite se propager à l’ensemble du cœur et mener à un dysfonctionnement global du myocarde. Dans cette étude, nous examinons qualitativement l’influence de la température sur l’activité électrique autonome induite par le FME. Méthode : Nous présentons un modèle unidimensionnel instationnaire contenant tous les éléments majeurs permettant de prendre en compte le couplage excitation-contraction, le FME et le couplage thermoélectrique. Résultats : Nos simulations numériques montrent qu’une activité électrique autonome peut être induite par les déformations mécaniques cardiaques mais seulement pour un intervalle donné de température. Par ailleurs, dans certains cas, l’activité électrique autonome est périodique tel un pacemaker. De plus, nous montrons que certaines propriétés des potentiels d’action, générés par le FME, sont significativement influencées par la température. En outre, lorsque l’activité électrique prend la forme d’un pacemaker, nous mettons en évidence que la période est fortement dépendante de la température. Conclusions : Notre modèle qualitatif montre que la température est un facteur influençant fortement le comportement électromécanique du cœur et plus particulièrement, l’activité électrique autonome induite par les déformations du tissu myocardique.Aim of the study: In a healthy heart, the mechano-electric feedback (MEF) process acts as an intrinsic regulatory mechanism of the myocardium which allows the normal cardiac contraction by damping mechanical perturbations in order to generate a new healthy electromechanical situation. However, under certain conditions, the MEF can be a generator of dramatic arrhythmias by inducing local electrical depolarizations as a result of abnormal cardiac tissue deformations, via stretch-activated channels (SACs). Then, these perturbations can propagate in the whole heart and lead to global cardiac dysfunctions. In the present study, we qualitatively investigate the influence of temperature on autonomous electrical activity generated by the MEF. Method: We introduce a one-dimensional time-dependent model containing all the key ingredients that allow accounting for the excitation-contraction coupling, the MEF and the thermoelectric coupling. Results: Our simulations show that an autonomous electrical activity can be induced by cardiac deformations, but only inside a certain temperature interval. In addition, in some cases, the autonomous electrical activity takes place in a periodic way like a pacemaker. We also highlight that some properties of action potentials, generated by the mechano-electric feedback, are significantly influenced by temperature. Moreover, in the situation where a pacemaker activity occurs, we also show that the period is heavily temperature-dependent. Conclusions: Our qualitative model shows that the temperature is a significant factor with regards to the electromechanical behavior of the heart and more specifically, with regards to the autonomous electrical activity induced by the cardiac tissue deformations

Synthèses de fréquence à bas bruit basées sur des oscillateurs opto-électroniques couplés intégrées en technologie BiCMOS SiGe 130nm

Les hyperfréquences jouent un rôle indispensable dans le domaine des télécommunications, que ce soit pour la téléphonie mobile, les radars automobiles, le Wi-Fi ou encore la transmission satellitaire, sans que cette liste ne soit évidemment exhaustive. Pour l'ensemble de ces applications omniprésentes dans la société actuelle, ce sont ces signaux hyperfréquences qui servent de porteuses pour transmettre l'information sur de plus ou moins longues distances. Les méthodes de génération de signaux hyperfréquences actuelles sont basées sur des boucles à verrouillage de phase (PLL). Elles réalisent une multiplication d'une fréquence de référence basse de quelques dizaines à quelques centaines de mégahertz pour l'amener à quelques gigahertz voire dizaines de gigahertz. Il y a cependant un inconvénient majeur lié à cette méthode : synthétiser une fréquence par multiplication d'une référence basse s'accompagne d'une augmentation théorique du bruit de phase du signal généré, d'autant plus que le rapport de multiplication est élevé. À l'inverse, une synthèse par division de fréquence diminue le bruit de phase théorique. Or on voit apparaître depuis quelques années des références à des fréquences déjà élevées, basées sur des oscillateurs optoélectroniques couplés (COEO), qui peuvent dès lors servir à réaliser des synthèses basées sur de la division de fréquence, et c'est dans ce cadre que se situe le travail de cette thèse. Nous utilisons pour référence de fréquence, des COEO qui génèrent un signal de fréquence élevée à haute pureté spectrale, à 10 et 30 GHz. L'objectif est alors d'être capable de générer des signaux dont la fréquence est inférieure à 30 GHz et aussi basse que 1 GHz. Ces signaux synthétisés doivent conserver autant que possible la pureté spectrale du signal de référence en pénalisant le moins possible le bénéfice théorique apporté par la division. Cette thèse décrit la conception de diviseurs hyperfréquences à très faible bruit de phase résiduel disposant au final de rapports de division fractionnaires et/ou programmables. Dans un premier temps, nous avons conçu des diviseurs de rapports fixes afin d'estimer les performances en bruit de phase atteignables à cette fréquence de travail sur les technologies utilisées. Plusieurs diviseurs ECL par 2 et par 3 ont été conçus, fabriqués et mesurés pour une division jusqu'à 30 GHz. Un diviseur CMOS par 10 ainsi qu'une technique de resynchronisation permettant d'annuler la majeure partie du bruit de phase de la chaîne de division sont également présentés. Plusieurs diviseurs analogiques à rang fixe ont également été conçus, bien que s'étant révélés moins performants au final : un diviseur à verrouillage par injection (ILFD) et un diviseur à renforcement du second harmonique, qui réalisent tous les deux une division par 3 autour de 30 GHz. Pour terminer, nous avons conçu des diviseurs fractionnaires large bande fonctionnant au moins jusqu'à 30 GHz et offrant des performances en bruit de phase compétitives. Si ces modèles s'inspirent du principe régénératif connu de Miller, nous en proposons une déclinaison tout à fait originale. Une première série de diviseurs fractionnaires fixes a ainsi été réalisée pour des rapports fixes de 1,25, 2,5 et 4,5. Pour terminer, un diviseur fractionnaire dont la partie décimale est programmable a été ensuite été réalisé et mesuré. Il s'agit d'un diviseur fractionnaire dont la partie entière du rapport de division est 4 et la partie décimale codée sur 4 bits.Microwave signals are essential in the field of telecommunications whether for mobile telephony, automotive radar, Wi-Fi or even satellite transmission, without this list being exhaustive. For all these ubiquitous applications in our current society, microwave signals are the carriers for the transmission of information from a system to another. Microwave signals synthesis techniques are mostly based on Phase-Locked Loop (PLL). PLL multiply a low frequency reference ranging from a dozen to a few hundred megahertz toward a few gigahertz to a few dozen gigahertz. However, there is one main drawback with this synthesis technique: synthesizing a frequency by multiplying a low frequency reference induces an unavoidable rise of the theoretical phase noise of the synthesized signal, even more if the multiplication factor is high. On the contrary, frequency synthesis by division lowers the theoretical phase noise. Yet, high frequency high spectral purity frequency references called Coupled OptoElectronic Oscillator (COEO) are being developed for a few years. They are perfect candidate to be used as reference for frequency synthesis by division, and this is within this framework that our research takes place. We use as frequency references two COEO generating high spectral purity signals at 10 and 30?GHz. The aim of our work is then to be able to generate different signals whose frequencies are below 30?GHz and as low as 1?GHz. These synthesized signals must preserve as much as possible the spectral purity of the reference while deteriorating as less as possible the theoretical benefit brought by the division. This thesis describes the conception of low residual phase noise microwave frequency dividers operating, for the most evolved ones, fractional and/or programmable division ratios. In a first place, we designed static frequency dividers in order to estimate the phase noise performance that we can conceivably reach with the technology we use. Several ECL dividers by 2 and by 3 are designed, fabricated and measured for a division up to 30?GHz. A CMOS divider by 10 along with a resynchronization technique allowing to cancel most of the phase noise in a cascaded divider are also presented. In a second place, we designed analog dividers, although they have proven to be less competitive than digital dividers: an Injection-Locked Frequency Divider (ILFD) and a regenerative second-harmonic frequency divider, both realising a frequency division by 3 around 30 GHz. Finally, we designed wideband fractional dividers operating at least at 30 GHz with competitive phase noise performance. Even though they are inspired by Miller's regenerative frequency dividers, we introduce here an innovative declination of fractional dividers. A first series of static fractional dividers has been designed with ratios of 1.25, 2.5 and 4.5. Ultimately, a fractional divider with a programmable decimal part has been designed and measured. This divider has an integer part of 4 and a decimal part programmed on 4 bits

Influence of thermoelectric coupling on pacemaker activity generated by mechano-electric feedback in a one-dimensional ring-shaped model of cardiac fiber

Peer reviewe

Activité électrique autonome induite par les déformations du tissu cardiaque dans un environnement thermo-électro-mécanique

peer reviewedIn a healthy heart, the mechano-electric feedback (MEF) process acts as an intrinsic regulatory mechanism of the myocardium which allows the normal cardiac contraction by damping mechanical perturbations in order to generate a new healthy electromechanical situation. However, under certain conditions, the MEF can be a generator of dramatic arrhythmias by inducing local electrical depolarizations as a result of abnormal cardiac tissue deformations, via stretch-activated channels (SACs). Then, these perturbations can propagate in the whole heart and lead to global cardiac dysfunctions. In the present study, we examine the spatio-temporal behavior of the autonomous electrical activity induced by the MEF when the heart is subject to temperature variations. For instance, such a situation can occur during a therapeutic hypothermia. This technique is usually used to prevent neuronal injuries after a cardiac resuscitation. From this perspective, we introduce a one-dimensional time-dependent model containing all the key ingredients that allow accounting for excitation-contraction coupling, MEF and thermoelectric coupling. Our simulations show that an autonomous electrical activity can be induced by cardiac deformations, but only inside a certain temperature interval. In addition, in some cases, the autonomous electrical activity takes place in a periodic way like a pacemaker. We also highlight that some properties of the action potentials that are generated by the MEF, are significantly influenced by temperature. Moreover, in the situation where a pacemaker activity occurs, we also show that the period is heavily temperature-dependent

Rift Valley Fever, Mayotte, 2007–2008

After the 2006–2007 epidemic wave of Rift Valley fever (RVF) in East Africa and its circulation in the Comoros, laboratory case-finding of RVF was conducted in Mayotte from September 2007 through May 2008. Ten recent human RVF cases were detected, which confirms the indigenous transmission of RFV virus in Mayotte

Opening the Software Engineering Toolbox for the Assessment of Trustworthy AI

Trustworthiness is a central requirement for the acceptance and success of human-centered artificial intelligence (AI). To deem an AI system as trustworthy, it is crucial to assess its behaviour and characteristics against a gold standard of Trustworthy AI, consisting of guidelines, requirements, or only expectations. While AI systems are highly complex, their implementations are still based on software. The software engineering community has a long established toolbox for the assessment of software systems, especially in the context of software testing. In this paper, we argue for the application of software engineering and testing practices for the assessment of trustworthy AI. We make the connection between the seven key requirements as defined by the European Commission’s AI high-level expert group and established procedures from software engineering and raise questions for future work.publishedVersio