The relationship between forensic science and judicial error: a study covering error sources, bias, and remedies

Summary : Forensic science - both as a source of and as a remedy for error potentially leading to judicial error - has been studied empirically in this research. A comprehensive literature review, experimental tests on the influence of observational biases in fingermark comparison, and semistructured interviews with heads of forensic science laboratories/units in Switzerland and abroad were the tools used. For the literature review, some of the areas studied are: the quality of forensic science work in general, the complex interaction between science and law, and specific propositions as to error sources not directly related to the interaction between law and science. A list of potential error sources all the way from the crime scene to the writing of the report has been established as well. For the empirical tests, the ACE-V (Analysis, Comparison, Evaluation, and Verification) process of fingermark comparison was selected as an area of special interest for the study of observational biases, due to its heavy reliance on visual observation and recent cases of misidentifications. Results of the tests performed with forensic science students tend to show that decision-making stages are the most vulnerable to stimuli inducing observational biases. For the semi-structured interviews, eleven senior forensic scientists answered questions on several subjects, for example on potential and existing error sources in their work, of the limitations of what can be done with forensic science, and of the possibilities and tools to minimise errors. Training and education to augment the quality of forensic science have been discussed together with possible solutions to minimise the risk of errors in forensic science. In addition, the time that samples of physical evidence are kept has been determined as well. Results tend to show considerable agreement on most subjects among the international participants. Their opinions on possible explanations for the occurrence of such problems and the relative weight of such errors in the three stages of crime scene, laboratory, and report writing, disagree, however, with opinions widely represented in existing literature. Through the present research it was therefore possible to obtain a better view of the interaction of forensic science and judicial error to propose practical recommendations to minimise their occurrence. Résumé : Les sciences forensiques - considérés aussi bien comme source de que comme remède à l'erreur judiciaire - ont été étudiées empiriquement dans cette recherche. Une revue complète de littérature, des tests expérimentaux sur l'influence du biais de l'observation dans l'individualisation de traces digitales et des entretiens semi-directifs avec des responsables de laboratoires et unités de sciences forensiques en Suisse et à l'étranger étaient les outils utilisés. Pour la revue de littérature, quelques éléments étudies comprennent: la qualité du travail en sciences forensiques en général, l'interaction complexe entre la science et le droit, et des propositions spécifiques quant aux sources d'erreur pas directement liées à l'interaction entre droit et science. Une liste des sources potentielles d'erreur tout le long du processus de la scène de crime à la rédaction du rapport a également été établie. Pour les tests empiriques, le processus d'ACE-V (analyse, comparaison, évaluation et vérification) de l'individualisation de traces digitales a été choisi comme un sujet d'intérêt spécial pour l'étude des effets d'observation, due à son fort recours à l'observation visuelle et dû à des cas récents d'identification erronée. Les résultats des tests avec des étudiants tendent à prouver que les étapes de prise de décision sont les plus vulnérables aux stimuli induisant des biais d'observation. Pour les entretiens semi-structurés, onze forensiciens ont répondu à des questions sur des sujets variés, par exemple sur des sources potentielles et existantes d'erreur dans leur travail, des limitations de ce qui peut être fait en sciences forensiques, et des possibilités et des outils pour réduire au minimum ses erreurs. La formation et l'éducation pour augmenter la qualité des sciences forensiques ont été discutées ainsi que les solutions possibles pour réduire au minimum le risque d'erreurs en sciences forensiques. Le temps que des échantillons sont gardés a été également déterminé. En général, les résultats tendent à montrer un grand accord sur la plupart des sujets abordés pour les divers participants internationaux. Leur avis sur des explications possibles pour l'occurrence de tels problèmes et sur le poids relatif de telles erreurs dans les trois étapes scène de crime;', laboratoire et rédaction de rapports est cependant en désaccord avec les avis largement représentés dans la littérature existante. Par cette recherche il était donc possible d'obtenir une meilleure vue de l'interaction des sciences forensiques et de l'erreur judiciaire afin de proposer des recommandations pratiques pour réduire au minimum leur occurrence. Zusammenfassung : Forensische Wissenschaften - als Ursache und als Hilfsmittel gegen Fehler, die möglicherweise zu Justizirrtümern führen könnten - sind hier empirisch erforscht worden. Die eingestzten Methoden waren eine Literaturübersicht, experimentelle Tests über den Einfluss von Beobachtungseffekten (observer bias) in der Individualisierung von Fingerabdrücken und halbstandardisierte Interviews mit Verantwortlichen von kriminalistischen Labors/Diensten in der Schweiz und im Ausland. Der Literaturüberblick umfasst unter anderem: die Qualität der kriminalistischen Arbeit im Allgemeinen, die komplizierte Interaktion zwischen Wissenschaft und Recht und spezifische Fehlerquellen, welche nicht direkt auf der Interaktion von Recht und Wissenschaft beruhen. Eine Liste möglicher Fehlerquellen vom Tatort zum Rapportschreiben ist zudem erstellt worden. Für die empirischen Tests wurde der ACE-V (Analyse, Vergleich, Auswertung und Überprüfung) Prozess in der Fingerabdruck-Individualisierung als speziell interessantes Fachgebiet für die Studie von Beobachtungseffekten gewählt. Gründe sind die Wichtigkeit von visuellen Beobachtungen und kürzliche Fälle von Fehlidentifizierungen. Resultate der Tests, die mit Studenten durchgeführt wurden, neigen dazu Entscheidungsphasen als die anfälligsten für Stimuli aufzuzeigen, die Beobachtungseffekte anregen könnten. Für die halbstandardisierten Interviews beantworteten elf Forensiker Fragen über Themen wie zum Beispiel mögliche und vorhandene Fehlerquellen in ihrer Arbeit, Grenzen der forensischen Wissenschaften und Möglichkeiten und Mittel um Fehler zu verringern. Wie Training und Ausbildung die Qualität der forensischen Wissenschaften verbessern können ist zusammen mit möglichen Lösungen zur Fehlervermeidung im selben Bereich diskutiert worden. Wie lange Beweismitten aufbewahrt werden wurde auch festgehalten. Resultate neigen dazu, für die meisten Themen eine grosse Übereinstimmung zwischen den verschiedenen internationalen Teilnehmern zu zeigen. Ihre Meinungen über mögliche Erklärungen für das Auftreten solcher Probleme und des relativen Gewichts solcher Fehler in den drei Phasen Tatort, Labor und Rapportschreiben gehen jedoch mit den Meinungen, welche in der Literatur vertreten werden auseinander. Durch diese Forschungsarbeit war es folglich möglich, ein besseres Verständnis der Interaktion von forensischen Wissenschaften und Justizirrtümer zu erhalten, um somit praktische Empfehlungen vorzuschlagen, welche diese verringern. Resumen : Esta investigación ha analizado de manera empírica el rol de las ciencias forenses como fuente y como remedio de potenciales errores judiciales. La metodología empleada consistió en una revisión integral de la literatura, en una serie de experimentos sobre la influencia de los sesgos de observación en la individualización de huellas dactilares y en una serie de entrevistas semiestructuradas con jefes de laboratorios o unidades de ciencias forenses en Suiza y en el extranjero. En la revisión de la literatura, algunas de las áreas estudiadas fueron: la calidad del trabajo en ciencias forenses en general, la interacción compleja entre la ciencia y el derecho, así como otras fuentes de error no relacionadas directamente con la interacción entre derecho y ciencia. También se ha establecido una lista exhaustiva de las fuentes potenciales de error desde la llegada a la escena del crimen a la redacción del informe. En el marco de los tests empíricos, al analizar los sesgos de observación dedicamos especial interés al proceso de ACE-V (análisis, comparación, evaluación y verificación) para la individualización de huellas dactilares puesto que este reposa sobre la observación visual y ha originado varios casos recientes de identificaciones erróneas. Los resultados de las experimentaciones realizadas con estudiantes sugieren que las etapas en las que deben tornarse decisiones son las más vulnerables a lös factores que pueden generar sesgos de observación. En el contexto de las entrevistas semi-estructuradas, once científicos forenses de diversos países contestaron preguntas sobre varios temas, incluyendo las fuentes potenciales y existehtes de error en su trabajo, las limitaciones propias a las ciencias forenses, las posibilidades de reducir al mínimo los errores y las herramientas que podrían ser utilizadas para ello. Se han sugerido diversas soluciones para alcanzar este objetivo, incluyendo el entrenamiento y la educación para aumentar la calidad de las ciencias forenses. Además, se ha establecido el periodo de conservación de las muestras judiciales. Los resultados apuntan a un elevado grado de consenso entre los entrevistados en la mayoría de los temas. Sin embargo, sus opiniones sobre las posibles causas de estos errores y su importancia relativa en las tres etapas de la investigación -la escena del crimen, el laboratorio y la redacción de informe- discrepan con las que predominan ampliamente en la literatura actual. De este modo, esta investigación nos ha permitido obtener una mejor imagen de la interacción entre ciencias forenses y errores judiciales, y comenzar a formular una serie de recomendaciones prácticas para reducirlos al minimo.

Copy number variation and chromatin structure

The functional consequences of structural variation in the human genome range from adaptation, to phenotypic variation, to predisposition to diseases. Copy number variation (CNV) was shown to influence the phenotype by modifying, in a somewhat dose-dependent manner, the expression of genes that map within them, as well as that of genes located on their flanks. To assess the possible mechanism(s) behind this neighboring effect, we compared histone modification status of cell lines from patients affected by Williams-Beuren, Williams-Beuren region duplication, Smith-Magenis or DiGeorge Syndrome and control individuals using a high-throughput version of chromatin immuno-precipitation method (ChIP), called ChlP-seq. We monitored monomethylation of lysine K20 on histone H4 and trimethylation of lysine K27 on histone H3, as proxies for open and condensed chromatin, respectively. Consistent with the changes in expression levels observed for multiple genes mapping on the entire length of chromosomes affected by structural variants, we also detected regions with modified histone status between samples, up- and downstream from the critical regions, up to the end of the rearranged chromosome. We also gauged the intrachromosomal interactions of these cell lines utilizing chromosome conformation capture (4C-seq) technique. We observed that a set of genes flanking the Williams-Beuren Syndrome critical region (WBSCR) were often looping together, possibly forming an interacting cluster with each other and the WBSCR. Deletion of the WBSCR disrupts the expression of this group of flanking genes, as well as long-range interactions between them and the rearranged interval. We conclude, that large genomic rearrangements can lead to changes in the state of the chromatin spreading far away from the critical region, thus possibly affecting expression globally and as a result modifying the phenotype of the patients. - Les conséquences fonctionnelles des variations structurelles dans le génome humain sont vastes, allant de l'adaptation, en passant par les variations phénotypiques, aux prédispositions à certaines maladies. Il a été démontré que les variations du nombre de copies (CNV) influencent le phénotype en modifiant, d'une manière plus ou moins dose-dépendante, l'expression des gènes se situant à l'intérieur de ces régions, mais également celle des gènes se trouvant dans les régions flanquantes. Afin d'étudier les mécanismes possibles sous-jacents à cet effet de voisinage, nous avons comparé les états de modification des histones dans des lignées cellulaires dérivées de patients atteints du syndrome de Williams-Beuren, de la duplication de la région Williams-Beuren, du syndrome de Smith-Magenis ou du syndrome de Di- George et d'individus contrôles en utilisant une version haut-débit de la méthode d'immunoprécipitation de la chromatine (ChIP), appelée ChIP-seq. Nous avons suivi la mono-méthylation de la lysine K20 sur l'histone H4 et la tri-méthylation de la lysine K27 sur l'histone H3, marqueurs respectifs de la chromatine ouverte et fermée. En accord avec les changements de niveaux d'expression observés pour de multiples gènes tout le long des chromosomes affectés par les CNVs, nous avons aussi détecté des régions présentant des modifications d'histones entre les échantillons, situées de part et d'autre des régions critiques, jusqu'aux extrémités du chromosome réarrangé. Nous avons aussi évalué les interactions intra-chromosomiques ayant lieu dans ces cellules par l'utilisation de la technique de capture de conformation des chromosomes (4C-seq). Nous avons observé qu'un groupe de gènes flanquants la région critique du syndrome de Williams-Beuren (WBSCR) forment souvent une boucle, constituant un groupe d'interactions privilégiées entre ces gènes et la WBSCR. La délétion de la WBSCR perturbe l'expression de ce groupe de gènes flanquants, mais également les interactions à grande échelle entre eux et la région réarrangée. Nous en concluons que les larges réarrangements génomiques peuvent aboutir à des changements de l'état de la chromatine pouvant s'étendre bien plus loin que la région critique, affectant donc potentiellement l'expression de manière globale et ainsi modifiant le phénotype des patients.

Variations régionales du recours aux soins: quelques problèmes méthodologiques. [Regional variations in health services: various methodological problems].

Many studies show strong variation of health consumption between regions, suggesting that theses variations are related to the uncertainty of medical practice or to other factors related to health services or patients attitude. However the statistical interpretation of these variations is far from easy: apart from usual and specific information bias, there are statistical problems when observing incidence of events like health care consumption: it is in fact a rare event, which is observed within small population, and among regions with unequal number of person. Therefore, most of the variation reported might be well explained by a purely statistical phenomenon. This paper presents some aspects of this variability for three common indicators of variation, and suggest the use of ad hoc simulation to get statistical criteria.

Tumor architecture exerts no bias on nuclear grading in breast cancer diagnosis.

We recently reported that nuclear grading in prostate cancer is subject to a strong confirmation bias induced by the tumor architecture. We now wondered whether a similar bias governs nuclear grading in breast carcinoma. An unannounced test was performed at a pathology conference. Pathologists were asked to grade nuclei in a PowerPoint presentation. Circular high power fields of 27 invasive ductal carcinomas were shown, superimposed over low power background images of either tubule-rich or tubule-poor carcinomas. We found (a) that diagnostic reproducibility of nuclear grades was poor to moderate (weighed kappa values between 0.07 and 0.54, 27 cases, 44 graders), but (b) that nuclear grades were not affected by the tumor architecture. We speculate that the categorized grading in breast cancer, separating tubule formation, nuclear pleomorphism, and mitotic figure counts in a combined three tier score, prevents the bias that architecture exerts on nuclear grades in less well-controlled situations.

Tests for sex-biased dispersal using bi-parentally inherited genetic markers.

Understanding why dispersal is sex-biased in many taxa is still a major concern in evolutionary ecology. Dispersal tends to be male-biased in mammals and female-biased in birds, but counter-examples exist and little is known about sex bias in other taxa. Obtaining accurate measures of dispersal in the field remains a problem. Here we describe and compare several methods for detecting sex-biased dispersal using bi-parentally inherited, codominant genetic markers. If gene flow is restricted among populations, then the genotype of an individual tells something about its origin. Provided that dispersal occurs at the juvenile stage and that sampling is carried out on adults, genotypes sampled from the dispersing sex should on average be less likely (compared to genotypes from the philopatric sex) in the population in which they were sampled. The dispersing sex should be less genetically structured and should present a larger heterozygote deficit. In this study we use computer simulations and a permutation test on four statistics to investigate the conditions under which sex-biased dispersal can be detected. Two tests emerge as fairly powerful. We present results concerning the optimal sampling strategy (varying number of samples, individuals, loci per individual and level of polymorphism) under different amounts of dispersal for each sex. These tests for biases in dispersal are also appropriate for any attribute (e.g. size, colour, status) suspected to influence the probability of dispersal. A windows program carrying out these tests can be freely downloaded from http://www.unil.ch/izea/softwares/fstat.html

Coordinated effects of sequence variation on DNA binding, chromatin structure, and transcription.

DNA sequence variation has been associated with quantitative changes in molecular phenotypes such as gene expression, but its impact on chromatin states is poorly characterized. To understand the interplay between chromatin and genetic control of gene regulation, we quantified allelic variability in transcription factor binding, histone modifications, and gene expression within humans. We found abundant allelic specificity in chromatin and extensive local, short-range, and long-range allelic coordination among the studied molecular phenotypes. We observed genetic influence on most of these phenotypes, with histone modifications exhibiting strong context-dependent behavior. Our results implicate transcription factors as primary mediators of sequence-specific regulation of gene expression programs, with histone modifications frequently reflecting the primary regulatory event.

Intra-individual variation in body temperature and pectoral muscle size in nestling Alpine swifts Apus melba in response to an episode of inclement weather

The Alpine swift (Apus melba) forages on insects caught exclusively on the wing, implying that dependent nestlings face acute food shortage in periods of cold and rainy weather. Therefore, there should be strong selection on nestling swifts to evolve physiological strategies to cope with periods of undernutrition. We have investigated intra-individual changes in nestling pectoral muscle and body temperature in response to a 1-week period of inclement weather. The pectoral muscle is the largest reserves of proteins, and nestlings have to devote a large amount of energy in the maintenance of body temperature. The results show that nestling pectoral muscle size and body temperature were significantly reduced during the episode of inclement weather. Assuming that these physiological changes are adaptive, our study suggests that nestling swifts spare energy by a pronounced reduction (up to 18 degrees C) in body temperature and use proteins from the pectoral muscle as a source of extra energy to survive prolonged periods of fasting.

Allelic variation in the VMD2 gene in best disease and age-related macular degeneration.

PURPOSE: To assess the allelic variation of the VMD2 gene in patients with Best disease and age-related macular degeneration (AMD). METHODS: Three hundred twenty-one AMD patients, 192 ethnically similar control subjects, 39 unrelated probands with familial Best disease, and 57 unrelated probands with the ophthalmoscopic findings of Best disease but no family history were screened for sequence variations in the VMD2 gene by single-strand conformation polymorphism (SSCP) analysis. Amplimers showing a bandshift were reamplified and sequenced bidirectionally. In addition, the coding regions of the VMD2 gene were completely sequenced in six probands with familial Best disease who showed no SSCP shift. RESULTS: Forty different probable or possible disease-causing mutations were found in one or more Best disease or AMD patients. Twenty-nine of these variations are novel. Of the 39 probands with familial Best disease, mutations were detected in all 39 (33 by SSCP and 6 by DNA sequencing). SSCP screening of the 57 probands with a clinical diagnosis of Best disease but no family history revealed 16 with mutations. Mutations were found in 5 of 321 AMD patients (1.5%), a fraction that was not significantly greater than in control individuals (0/192, 0%). CONCLUSIONS: Patients with the clinical diagnosis of Best disease are significantly more likely to have a mutation in the VMD2 gene if they also have a positive family history. These findings suggest that a small fraction of patients with the clinical diagnosis of AMD may actually have a late-onset variant of Best disease, whereas at the same time, a considerable fraction of isolated patients with the ophthalmoscopic features of Best disease are probably affected with some other macular disease.