Determinants of vascular cognitive impairment : White matter lesions, brain atrophy and their neuropsychological correlates

The concept of vascular cognitive impairment (VCI) covers a wide spectrum of cognitive dysfunctions related to cerebrovascular disease. Among the pathophysiological determinants of VCI are cerebral stroke, white matter lesions and brain atrophy, which are known to be important risk factors for dementia. However, the specific mechanisms behind the brain abnormalities and cognitive decline are still poorly understood. The present study investigated the neuropsychological correlates of particular magnetic resonance imaging (MRI) findings, namely, medial temporal lobe atrophy (MTA), white matter hyperintensities (WMH), general cortical atrophy and corpus callosum (CC) atrophy in subjects with cerebrovascular disease. Furthermore, the cognitive profile of subcortical ischaemic vascular disease (SIVD) was examined. This study was conducted as part of two large multidisciplinary study projects, the Helsinki Stroke Aging Memory (SAM) Study and the multinational Leukoaraiosis and Disability (LADIS) Study. The SAM cohort consisted of 486 patients, between 55 and 85 years old, with ischaemic stroke from the Helsinki University Hospital, Helsinki, Finland. The LADIS Study included a mixed sample of subjects (n=639) with age-related WMH, between 65 and 84 years old, gathered from 11 centres around Europe. Both studies included comprehensive clinical and neuropsychological assessments and detailed brain MRI. The relationships between the MRI findings and the neuropsychological test performance were analysed by controlling for relevant confounding factors such as age, education and other coexisting brain lesions. The results revealed that in elderly patients with ischaemic stroke, moderate to severe MTA was specifically related to impairment of memory and visuospatial functions, but mild MTA had no clinical relevance. Instead, WMH were primarily associated with executive deficits and mental slowing. These deficits mediated the relationship between WMH and other, secondary cognitive deficits. Cognitive decline was best predicted by the overall degree of WMH, whereas the independent contribution of regional WMH measures was low. Executive deficits were the most prominent cognitive characteristic in SIVD. Compared to other stroke patients, the patients with SIVD also presented more severe memory deficits, which were related to MTA. The cognitive decline in SIVD occurred independently of depressive symptoms and, relative to healthy control subjects, it was substantial in severity. In stroke patients, general cortical atrophy also turned out to be a strong predictor of cognitive decline in a wide range of cognitive domains. Moreover, in elderly subjects with WMH, overall CC atrophy was related to reduction in mental speed, while anterior CC atrophy was independently associated with frontal lobe-mediated executive functions and attention. The present study provides cross-sectional evidence for the involvement of WMH, MTA, general cortical atrophy and CC atrophy in VCI. The results suggest that there are multifaceted pathophysiological mechanisms behind VCI in the elderly, including both vascular ischaemic lesions and neurodegenerative changes. The different pathological changes are highly interrelated processes and together they may produce cumulative effects on cognitive decline.

The white-rot fungi Phlebia radiata and Dichomitus squalens in wood-based cultures: expression of laccases, lignin peroxidases, and oxalate decarboxylase

Basidiomycetous white-rot fungi are the only organisms that can efficiently decompose all the components of wood. Moreover, white-rot fungi possess the ability to mineralize recalcitrant lignin polymer with their extracellular, oxidative lignin-modifying enzymes (LMEs), i.e. laccase, lignin peroxidase (LiP), manganese peroxidase (MnP), and versatile peroxidase (VP). Within one white-rot fungal species LMEs are typically present as several isozymes encoded by multiple genes. This study focused on two effi cient lignin-degrading white-rot fungal species, Phlebia radiata and Dichomitus squalens. Molecular level knowledge of the LMEs of the Finnish isolate P. radiata FBCC43 (79, ATCC 64658) was complemented with cloning and characterization of a new laccase (Pr-lac2), two new LiP-encoding genes (Pr-lip1, Pr-lip4), and Pr-lip3 gene that has been previously described only at cDNAlevel. Also, two laccase-encoding genes (Ds-lac3, Ds-lac4) of D. squalens were cloned and characterized for the first time. Phylogenetic analysis revealed close evolutionary relationships between the P. radiata LiP isozymes. Distinct protein phylogeny for both P. radiata and D. squalens laccases suggested different physiological functions for the corresponding enzymes. Supplementation of P. radiata liquid culture medium with excess Cu2+ notably increased laccase activity and good fungal growth was achieved in complex medium rich with organic nitrogen. Wood is the natural substrate of lignin-degrading white-rot fungi, supporting production of enzymes and metabolites needed for fungal growth and the breakdown of lignocellulose. In this work, emphasis was on solid-state wood or wood-containing cultures that mimic the natural growth conditions of white-rot fungi. Transcript analyses showed that wood promoted expression of all the presently known LME-encoding genes of P. radiata and laccase-encoding genes of D. squalens. Expression of the studied individual LME-encoding genes of P. radiata and D. squalens was unequal in transcript quantities and apparently time-dependent, thus suggesting the importance of several distinct LMEs within one fungal species. In addition to LMEs, white-rot fungi secrete other compounds that are important in decomposition of wood and lignin. One of these compounds is oxalic acid, which is a common metabolite of wood-rotting fungi. Fungi produce also oxalic-acid degrading enzymes of which the most widespread is oxalate decarboxylase (ODC). However, the role of ODC in fungi is still ambiguous with propositions from regulation of intra and extracellular oxalic acid levels to a function in primary growth and concomitant production of ATP. In this study, intracellular ODC activity was detected in four white-rot fungal species, and D. squalens showed the highest ODC activity upon exposure to oxalic acid. Oxalic acid was the most common organic acid secreted by the ODC-positive white-rot fungi and the only organic acid detected in wood cultures. The ODC-encoding gene Ds-odc was cloned from two strains of D. squalens showing the first characterization of an odc-gene from a white-rot polypore species. Biochemical properties of the D. squalens ODC resembled those described for other basidiomycete ODCs. However, the translated amino acid sequence of Ds-odc has a novel N-terminal primary structure with a repetitive Ala-Ser-rich region of ca 60 amino acid residues in length. Expression of the Ds-odc transcripts suggested a constitutive metabolic role for the corresponding ODC enzyme. According to the results, it is proposed that ODC may have an essential implication for the growth and basic metabolism of wood-decaying fungi.

Characterization of lignin-modifying enzymes of the selective white-rot fungus Physisporinus rivulosus

White-rot fungi are wood degrading organisms that are able to decompose all wood polymers; lignin, cellulose and hemicellulose. Especially the selective white-rot fungi that decompose preferentially wood lignin are promising for biopulping applications. In biopulping the pretreatment of wood chips with white-rot fungi enhances the subsequent pulping step and substantially reduces the refining energy consumption in mechanical pulping. Because it is not possible to carry out biopulping in industrial scale as a closed process it has been necessary to search for new selective strains of white-rot fungi which naturally occur in Finland and cause selective white-rot of Finnish wood raw-material. In a screening of 300 fungal strains a rare polypore, Physisporinus rivulosus strain T241i isolated from a forest burn research site, was found to be a selective lignin degrader and promising for the use in biopulping. Since selective lignin degradation is apparently essential for biopulping, knowledge on lignin-modifying enzymes and the regulation of their production by a biopulping fungus is needed. White-rot fungal enzymes that participate in lignin degradation are laccase, lignin peroxidase (LiP), manganese peroxidase (MnP), versatile peroxidase (VP) and hydrogen peroxide forming enzymes. In this study, P. rivulosus was observed to produce MnP, laccase and oxalic acid during growth on wood chips. In liquid cultures manganese and veratryl alcohol increased the production of acidic MnP isoforms detected also in wood chip cultures. Laccase production by P. rivulosus was low unless the cultures were supplemented with sawdust and charred wood, the components of natural growth environment of the fungus. In white-rot fungi the lignin-modifying enzymes are typically present as multiple isoforms. In this study, two MnP encoding genes, mnpA and mnpB, were cloned and characterized from P. rivulosus T241i. Analysis of the N-terminal amino acid sequences of two purified MnPs and putative amino acid sequence of the two cloned mnp genes suggested that P. rivulosus possesses at least four mnp genes. The genes mnpA and mnpB markedly differ from each other by the gene length, sequence and intron-exon structure. In addition, their expression is differentially affected by the addition of manganese and veratryl alcohol. P. rivulosus produced laccase as at least two isoforms. The results of this study revealed that the production of MnP and laccase was differentially regulated in P. rivulosus, which ensures the efficient lignin degradation under a variety of environmental conditions.

Degradation of lignin and other 14C-labelled compounds in compost and soil with an emphasis on white-rot fungi

Puu, ruohokasvit ja näistä tehdyt tuotteet kuten mekaanisesta massasta valmistettu sanomalehtipaperi sisältävät ligniiniä, joka hajoaa yleensä hyvin hitaasti luonnossa. Valkolahosienet hajottavat ligniiniä tehokkaimmin, ja koska niiden tuottamat entsyymit hajottavat myös muita vaikeasti hajoavia yhdisteitä, voidaan valkolahosienten avulla mahdollisesti puhdistaa saastuneita maita. Tässä työssä haluttiin selvittää, säilyttävätkö valkolahosienet (Abortiporus biennis, Bjerkandera adusta, Dichomitus squalens, Phanerochaete chrysosporium, Phanerochaete sordida, Phlebia radiata, Pleurotus ostreatus, Trametes hirsuta ja Trametes versicolor) aktiivisuutensa ja kasvavatko ne maassa. Aktiivisuutta mitattiin seuraamalla sienten synteettisen ligniinin (14C-DHP) hajotuskykyä. T. versicolor (silkkivyökääpä) osoittautui tehokkaimmaksi ligniinin hajottajaksi ja sen pentakloorifenolin (PCP) hajotuskykyä tutkittiin erillisessä kokeessa. Entiset tai pitkään käytössä olleet saha-alueet ovat yhä saastuneet puun käsittelyaineista peräisin olevilla kloorifenoleilla. Biohajoavien muovien kehitystyö sekä kompostoinnin yleistyminen jätteiden käsittelymenetelmänä ovat luoneet tarpeen materiaalien biohajoavuuden määrittämiseen. Euroopan standardisoimisjärjestön (CEN) kontrolloidussa kompostitestissä biohajoavuus määritetään materiaalin hajoamisen aikana muodostuvan hiilidioksidin perusteella. Hiilidioksidin tuotto mitataan sekä näytettä sisältävästä kompostista että kompostista ilman näytettä, ja tällöin oletetaan, että kompostin orgaaninen aines molemmissa komposteissa (tausta) tuottaa yhtä paljon hiilidioksidia. Testin puutteeksi saattaa osoittautua kompostissa tai maassa esiintyvä "priming effect". Tällä tarkoitetaan materiaalin lisäämisen jälkeen esiintyvää epänormaalin suurita tai pientä hiilidioksidin muodostusta, minkä seurauksena testin tulosksena saatava biohajoavuus on virheellinen. Ligniinin hajotessa muodostuu enemmän humusta kuin hiilidioksidia, koska ligniini on humuksen tärkein lähtöaine. Näin ollen ligniiniä sisältävät paperituotteet saattavat testin mukaan vaikuttaa biologisesti hajoamattomilta. Valkolahosienet hajottivat 4-23% ligniinistä hiilidioksidiksi ja T. versicolor 29% PCP:sta. Kompostissa ligniini hajosi hiilidioksidiksi 58°C:ssa huomattavasti vähemmän (8%) kuin lämpötiloissa 35°C ja 50°C (23-24%). Kompostin todennäköisesti tärkeimpien ligniinin hajottajien, termofiilisten sienten, tyypillinen optimilämpötila on 45°C, eivätkä ne ole enää aktiivisia 58°C:ssa. Sekä maassa että kompostissa ligniini sitoutui kuitenkin suurimmaksi osaksi humukseen. Valkolahosienet hajottivat sekä humukseen sitoutunutta ligniiniä että PCP:ia, mutta kompostin sekapopulaatio ei tähän pystynyt, ja ligniiniä sitoutui humukseen yhä enemmän kompostoinnin aikana. T. versicolor hajotti PCP:ia tehokkaasti, eikä se tuottanut myrkyllisiä kloorianisoleja, joita jotkut valkolahosienet saattavat muodostaa kloorifenoleista. Priming effect ilmiötä tutkittiin eri ikäisissä ja kypsyydeltään erilaisissa komposteissa. Kompostit erosvat toisistaan myös hajoamattoman jätteen määrän ja mikrobipopulaation suhteen. Negatiivinen priming effect havaittiin kaikissa epästabiileissa komposteissa (ikä enintään 6 kk), ja sen lisäksi yhdessä näistä komposteista positiivinen priming effect kokeen lopussa. Stabiileissa komposteissa (ikä vähintään 6 kk) ilmiötä ei sen sijaan havaittu. Epästabiileissa komposteissa biohajoavuudelle saadut tulokset eivät siis ole luotettavia. Työn tulosten perusteella valkolahosienet, ja erityisesti T. versicolor, ovat lupaavia saastuneen maan puhdistukseen, joskin sienirihmaston mahdollisuudet säilyä aktiivisena maan alkuperäisen mikrobipopulaation kanssa täytyy vielä selvittää. Kompostin sekapopulaatio, joka ei sisällä valkolahosieniä, hajotti ligniiniä yllättävän tehokkaasti termofiilisille sienille sopivissa lämpötiloissa, vaikka ligniini sitoutuikin pääasiallisesti humukseen. Kompostin kypsyys osoittautui tärkeäksi tekijäksi kontrolloidun kompostitestin onnistumisen kannalta. Priming effect ilmiön välttämiseksi on varmistettava, että testissä käytetty komposti on riittävän kypsä. Kompostien mikrobipopulaation koostumusta kompostoinnin eri vaiheissa tulisi tarkemmin selvittää, koska stabiilien ja epästabiilien kompostien ero aiheutui todennäköisesti populaatioiden rakenteessa vallitsevista eroista. Näin myös priming effect ilmiön syyt voitaisiin selittää paremmin.

Cavity-enhanced laser spectroscopic studies of vibrational overtones of acetylene

This thesis contains five experimental spectroscopic studies that probe the vibration-rotation energy level structure of acetylene and some of its isotopologues. The emphasis is on the development of laser spectroscopic methods for high-resolution molecular spectroscopy. Three of the experiments use cavity ringdown spectroscopy. One is a standard setup that employs a non-frequency stabilised continuous wave laser as a source. In the other two experiments, the same laser is actively frequency stabilised to the ringdown cavity. This development allows for increased repetition rate of the experimental signal and thus the spectroscopic sensitivity of the method is improved. These setups are applied to the recording of several vibration-rotation overtone bands of both H(12)C(12)CH and H(13)C(13)CH. An intra-cavity laser absorption spectroscopy setup that uses a commercial continuous wave ring laser and a Fourier transform interferometer is presented. The configuration of the laser is found to be sub-optimal for high-sensitivity work but the spectroscopic results are good and show the viability of this type of approach. Several ro-vibrational bands of carbon-13 substituted acetylenes are recorded and analysed. Compared with earlier work, the signal-to-noise ratio of a laser-induced dispersed infrared fluorescence experiment is enhanced by more than one order of magnitude by exploiting the geometric characteristics of the setup. The higher sensitivity of the spectrometer leads to the observation of two new symmetric vibrational states of H(12)C(12)CH. The precision of the spectroscopic parameters of some previously published symmetric states is also improved. An interesting collisional energy transfer process is observed for the excited vibrational states and this phenomenon is explained by a simple step-down model.

Holistic Spirituality in the Thinking of Ellen White

Spiritualiteetti viittaa syvälliseen, inhimilliseen ulottuvuuteen ja ominaisuuteen, jonka tarkka määritteleminen on haasteellista, ellei mahdotonta. Sitä vastaa yhtäältä uskonnollisuuden kautta toteutuva, elämän tarkoitukseen ja syvemmän olemuksen etsintään liittyvä hengellisyys, mutta toisaalta myös kaikkea muuta hengen viljelyä ja mielekkään olemisen tavoittelua tarkoittava henkisyys. John Swintonin mukaan hengen ulottuvuus on se inhimilliseen olemukseen kuuluva, dynaaminen elinvoima, joka virkistää ja elävöittää ihmistä ja motivoi häntä etsimään Jumalaa, arvoja, merkitystä, tarkoitusta ja toivoa. Tämä tutkimus nostaa tarkastelun kohteeksi kokonaisvaltaisen hengellisyyden, jolloin huomio kiinnitetään niihin sidoksiin, joiden kautta hengen ulottuvuus liittyy muihin inhimillisen elämän olennaisiin toimintoihin ja näkökulmiin. Tällaisia ovat 1) ajattelu 2) teot ja käytännön toiminta 3) suhteet ja vuorovaikutusverkostot 4) tunteet ja kanssakäymistä ohjaavat asenteet 5) olemassaolon ja olemisen ulottuvuudet. Kokemusten merkitys, arvo ja mielekkyys hahmottuvat juuri hengen alueella, toisin sanoen sisäisesti, hengellisenä ja henkisenä asiana. Tutkimusmateriaalina tässä tutkimuksessa on amerikkalaisen vuosina 1827 1915 eläneen Ellen Whiten kuusi myöhäiskauden teosta vuosilta 1892 1905 ja tutkimusmenetelmänä on käytetty systemaattista analyysiä. Olennaista Whiten tavassa käsitellä uskonnon harjoitukseen liittyviä aiheita on hänen käytännöllinen ja elämän arkeen kiinteästi niveltyvä otteensa. Tutkimus paljastaa, että Martti Lutherin käsitykset ovat merkittävästi vaikuttaneet Whiten ajatteluun. Lähteistä paljastuu samankaltaisuutta hänen näkemystensä ja uusimman suomalaisen Luther-tutkimuksen Martti Lutherin tuotannosta esiin nostaman ajattelutavan välillä. Vaikka teologisen oppineisuuden kannalta White ja Luther ovat eri tasoilla, kummankin käsitys ihmisen ja Jumalan välisen suhteen perusolemuksesta on samankaltainen: Lähtökohtana sille on Jumalan rakkaus ja hänen armostaan lähtenyt toiminta. Toiseksi, ihmisen ja Kristuksen välinen, olemuksellinen yhteys, unio , on perustana sille, että Jumala hyväksyy ihmisen ja huolehtii hänestä nyt ja ikuisesti. Kolmanneksi, tämä ihmisen ja Kristuksen liittoutuminen ja yhdistyminen ilmenee yhteistoimintana ja kumppanuutena yhteisten tavoitteiden saavuttamiseksi maailmassa. White korostaa ihmisen ja Kristuksen välisen hengellisen suhteen vuorovaikutteista ja toiminnallista luonnetta, joka tulee ilmi epäitsekkyytenä, toisten ihmisten ja heidän tarpeittensa huomioimisena sekä myötätuntona ja kykynä asettua toisen asemaan. Terveellistä elämäntapaa ja kasvatusta koskevat ajatuksensa White liittää siihen laaja-alaiseen näkemykseen hengellisyydestä, jonka tavoitteena on ihmisen kokonaisvaltainen hyvinvointi. Hän ei näe spiritualiteettia elämän arjesta irrallisena tai erillisenä saarekkeena, vaan ihmistä kaikessa ohjaavana, voimaannuttavana ja mielekkyyttä tuottavana, ensisijaisena ulottuvuutena. Tutkimuksen kuluessa myös Whiten usein käyttämät Jumalalle antautumisen ja luonteen käsitteet nousevat tarkastelun kohteiksi. Hänen mukaansa ihminen ei tahdonponnistuksillaan yksin pysty tavoittamaan Jumalaa vaan hänen on lakattava Jumalan rakastavan kutsun edessä itse tahtomasta ja suostuttava liittymään Jumalan tahtoon ja tarkoitukseen. Tämä liittyy siihen sisäiseen muutokseen, jota White kuvaa luonteen käsitteen avulla. Jumalan armon vaikuttama tahdon uudelleen suuntaaminen muuttaa ihmisen olemusta, arvoja, asennoitumisen tapaa ja myötätuntoisen vuorovaikutuksen kykyä niin ettei ihminen ole enää aivan sama kuin ennen. Kysymys on toisaalta yhtäkkisestä ja kertakaikkisesta olemuksellisesta muuttumisesta, mutta samalla myös hiljaisesta, elämänmittaisesta kasvusta ja kypsymisestä. Juuri luonteen käsitteen avulla White kuvaa hengellisyyttä ja siihen kuuluvaa sisästä matkaa. Tässä tutkimuksessa spiritualiteettia lähestytään yleisinhimillisenä piirteenä ja ominaisuutena, jolloin huomio ei ole ensisijaisesti yksittäisissä opillisissa käsityksissä tai uskonnollisuuden harjoittamisen muodoissa. Tarkoituksena on luoda kokoava rakenne, jonka puitteissa holistinen spiritualiteetti voidaan selkeämmin hahmottaa ja yksilöidymmin ymmärtää.

Studies of solar and stellar flares using multi-instrument data

Solar flares were first observed by plain eye in white light by William Carrington in England in 1859. Since then these eruptions in the solar corona have intrigued scientists. It is known that flares influence the space weather experienced by the planets in a multitude of ways, for example by causing aurora borealis. Understanding flares is at the epicentre of human survival in space, as astronauts cannot survive the highly energetic particles associated with large flares in high doses without contracting serious radiation disease symptoms, unless they shield themselves effectively during space missions. Flares may be at the epicentre of man s survival in the past as well: it has been suggested that giant flares might have played a role in exterminating many of the large species on Earth, including dinosaurs. Having said that prebiotic synthesis studies have shown lightning to be a decisive requirement for amino acid synthesis on the primordial Earth. Increased lightning activity could be attributed to space weather, and flares. This thesis studies flares in two ways: in the spectral and the spatial domain. We have extracted solar spectra using three different instruments, namely GOES (Geostationary Operational Environmental Satellite), RHESSI (Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager) and XSM (X-ray Solar Monitor) for the same flares. The GOES spectra are low resolution obtained with a gas proportional counter, the RHESSI spectra are higher resolution obtained with Germanium detectors and the XSM spectra are very high resolution observed with a silicon detector. It turns out that the detector technology and response influence the spectra we see substantially, and are important to understanding what conclusions to draw from the data. With imaging data, there was not such a luxury of choice available. We used RHESSI imaging data to observe the spatial size of solar flares. In the present work the focus was primarily on current solar flares. However, we did make use of our improved understanding of solar flares to observe young suns in NGC 2547. The same techniques used with solar monitors were applied with XMM-Newton, a stellar X-ray monitor, and coupled with ground based Halpha observations these techniques yielded estimates for flare parameters in young suns. The material in this thesis is therefore structured from technology to application, covering the full processing path from raw data and detector responses to concrete physical parameter results, such as the first measurement of the length of plasma flare loops in young suns.