E-learning initiatives in forensic interpretation: report on experiences from current projects and outlook

This paper reports on the purpose, design, methodology and target audience of E-learning courses in forensic interpretation offered by the authors since 2010, including practical experiences made throughout the implementation period of this project. This initiative was motivated by the fact that reporting results of forensic examinations in a logically correct and scientifically rigorous way is a daily challenge for any forensic practitioner. Indeed, interpretation of raw data and communication of findings in both written and oral statements are topics where knowledge and applied skills are needed. Although most forensic scientists hold educational records in traditional sciences, only few actually followed full courses that focussed on interpretation issues. Such courses should include foundational principles and methodology - including elements of forensic statistics - for the evaluation of forensic data in a way that is tailored to meet the needs of the criminal justice system. In order to help bridge this gap, the authors' initiative seeks to offer educational opportunities that allow practitioners to acquire knowledge and competence in the current approaches to the evaluation and interpretation of forensic findings. These cover, among other aspects, probabilistic reasoning (including Bayesian networks and other methods of forensic statistics, tools and software), case pre-assessment, skills in the oral and written communication of uncertainty, and the development of independence and self-confidence to solve practical inference problems. E-learning was chosen as a general format because it helps to form a trans-institutional online-community of practitioners from varying forensic disciplines and workfield experience such as reporting officers, (chief) scientists, forensic coordinators, but also lawyers who all can interact directly from their personal workplaces without consideration of distances, travel expenses or time schedules. In the authors' experience, the proposed learning initiative supports participants in developing their expertise and skills in forensic interpretation, but also offers an opportunity for the associated institutions and the forensic community to reinforce the development of a harmonized view with regard to interpretation across forensic disciplines, laboratories and judicial systems.

Development and validation of a gas chromatography-negative chemical ionization tandem mass spectrometry method for the determination of ethyl glucuronide in hair and its application to forensic toxicology.

Ethyl glucuronide (EtG) is a minor and direct metabolite of ethanol. EtG is incorporated into the growing hair allowing retrospective investigation of chronic alcohol abuse. In this study, we report the development and the validation of a method using gas chromatography-negative chemical ionization tandem mass spectrometry (GC-NCI-MS/MS) for the quantification of EtG in hair. EtG was extracted from about 30 mg of hair by aqueous incubation and purified by solid-phase extraction (SPE) using mixed mode extraction cartridges followed by derivation with perfluoropentanoic anhydride (PFPA). The analysis was performed in the selected reaction monitoring (SRM) mode using the transitions m/z 347-->163 (for the quantification) and m/z 347-->119 (for the identification) for EtG, and m/z 352-->163 for EtG-d(5) used as internal standard. For validation, we prepared quality controls (QC) using hair samples taken post mortem from 2 subjects with a known history of alcoholism. These samples were confirmed by a proficiency test with 7 participating laboratories. The assay linearity of EtG was confirmed over the range from 8.4 to 259.4 pg/mg hair, with a coefficient of determination (r(2)) above 0.999. The limit of detection (LOD) was estimated with 3.0 pg/mg. The lower limit of quantification (LLOQ) of the method was fixed at 8.4 pg/mg. Repeatability and intermediate precision (relative standard deviation, RSD%), tested at 4 QC levels, were less than 13.2%. The analytical method was applied to several hair samples obtained from autopsy cases with a history of alcoholism and/or lesions caused by alcohol. EtG concentrations in hair ranged from 60 to 820 pg/mg hair.

Bayesian networks and the evaluation of scientific evidence in forensic science

Résumé Ce travail de thèse étudie des moyens de formalisation permettant d'assister l'expert forensique dans la gestion des facteurs influençant l'évaluation des indices scientifiques, tout en respectant des procédures d'inférence établies et acceptables. Selon une vue préconisée par une partie majoritaire de la littérature forensique et juridique - adoptée ici sans réserve comme point de départ - la conceptualisation d'une procédure évaluative est dite 'cohérente' lors qu'elle repose sur une implémentation systématique de la théorie des probabilités. Souvent, par contre, la mise en oeuvre du raisonnement probabiliste ne découle pas de manière automatique et peut se heurter à des problèmes de complexité, dus, par exemple, à des connaissances limitées du domaine en question ou encore au nombre important de facteurs pouvant entrer en ligne de compte. En vue de gérer ce genre de complications, le présent travail propose d'investiguer une formalisation de la théorie des probabilités au moyen d'un environment graphique, connu sous le nom de Réseaux bayesiens (Bayesian networks). L'hypothèse principale que cette recherche envisage d'examiner considère que les Réseaux bayesiens, en concert avec certains concepts accessoires (tels que des analyses qualitatives et de sensitivité), constituent une ressource clé dont dispose l'expert forensique pour approcher des problèmes d'inférence de manière cohérente, tant sur un plan conceptuel que pratique. De cette hypothèse de travail, des problèmes individuels ont été extraits, articulés et abordés dans une série de recherches distinctes, mais interconnectées, et dont les résultats - publiés dans des revues à comité de lecture - sont présentés sous forme d'annexes. D'un point de vue général, ce travail apporte trois catégories de résultats. Un premier groupe de résultats met en évidence, sur la base de nombreux exemples touchant à des domaines forensiques divers, l'adéquation en termes de compatibilité et complémentarité entre des modèles de Réseaux bayesiens et des procédures d'évaluation probabilistes existantes. Sur la base de ces indications, les deux autres catégories de résultats montrent, respectivement, que les Réseaux bayesiens permettent également d'aborder des domaines auparavant largement inexplorés d'un point de vue probabiliste et que la disponibilité de données numériques dites 'dures' n'est pas une condition indispensable pour permettre l'implémentation des approches proposées dans ce travail. Le présent ouvrage discute ces résultats par rapport à la littérature actuelle et conclut en proposant les Réseaux bayesiens comme moyen d'explorer des nouvelles voies de recherche, telles que l'étude de diverses formes de combinaison d'indices ainsi que l'analyse de la prise de décision. Pour ce dernier aspect, l'évaluation des probabilités constitue, dans la façon dont elle est préconisée dans ce travail, une étape préliminaire fondamentale de même qu'un moyen opérationnel.

Étude des mécanismes de transfert des fibres en sciences forensiques

RESUME Les fibres textiles sont des produits de masse utilisés dans la fabrication de nombreux objets de notre quotidien. Le transfert de fibres lors d'une action délictueuse est dès lors extrêmement courant. Du fait de leur omniprésence dans notre environnement, il est capital que l'expert forensique évalue la valeur de l'indice fibres. L'interprétation de l'indice fibres passe par la connaissance d'un certain nombre de paramètres, comme la rareté des fibres, la probabilité de leur présence par hasard sur un certain support, ainsi que les mécanismes de transfert et de persistance des fibres. Les lacunes les plus importantes concernent les mécanismes de transfert des fibres. A ce jour, les nombreux auteurs qui se sont penchés sur le transfert de fibres ne sont pas parvenus à créer un modèle permettant de prédire le nombre de fibres que l'on s'attend à retrouver dans des circonstances de contact données, en fonction des différents paramètres caractérisant ce contact et les textiles mis en jeu. Le but principal de cette recherche est de démontrer que la création d'un modèle prédictif du nombre de fibres transférées lors d'un contact donné est possible. Dans le cadre de ce travail, le cas particulier du transfert de fibres d'un tricot en laine ou en acrylique d'un conducteur vers le dossier du siège de son véhicule a été étudié. Plusieurs caractéristiques des textiles mis en jeu lors de ces expériences ont été mesurées. Des outils statistiques (régression linéaire multiple) ont ensuite été utilisés sur ces données afin d'évaluer l'influence des caractéristiques des textiles donneurs sur le nombre de fibres transférées et d'élaborer un modèle permettant de prédire le nombre de fibres qui vont être transférées à l'aide des caractéristiques influençant significativement le transfert. Afin de faciliter la recherche et le comptage des fibres transférées lors des expériences de transfert, un appareil de recherche automatique des fibres (liber finder) a été utilisé dans le cadre de cette recherche. Les tests d'évaluation de l'efficacité de cet appareil pour la recherche de fibres montrent que la recherche automatique est globalement aussi efficace qu'une recherche visuelle pour les fibres fortement colorées. Par contre la recherche automatique perd de son efficacité pour les fibres très pâles ou très foncées. Une des caractéristiques des textiles donneurs à étudier est la longueur des fibres. Afin de pouvoir évaluer ce paramètre, une séquence d'algorithmes de traitement d'image a été implémentée. Cet outil permet la mesure de la longueur d'une fibre à partir de son image numérique à haute résolution (2'540 dpi). Les tests effectués montrent que les mesures ainsi obtenues présentent une erreur de l'ordre du dixième de millimètre, ce qui est largement suffisant pour son utilisation dans le cadre de cette recherche. Les résultats obtenus suite au traitement statistique des résultats des expériences de transfert ont permis d'aboutir à une modélisation du phénomène du transfert. Deux paramètres sont retenus dans le modèle: l'état de la surface du tissu donneur et la longueur des fibres composant le tissu donneur. L'état de la surface du tissu est un paramètre tenant compte de la quantité de fibres qui se sont détachées de la structure du tissu ou qui sont encore faiblement rattachées à celle-ci. En effet, ces fibres sont les premières à se transférer lors d'un contact, et plus la quantité de ces fibres par unité de surface est importante, plus le nombre de fibres transférées sera élevé. La longueur des fibres du tissu donneur est également un paramètre important : plus les fibres sont longues, mieux elles sont retenues dans la structure du tissu et moins elles se transféreront. SUMMARY Fibres are mass products used to produce numerous objects encountered everyday. The transfer of fibres during a criminal action is then very common. Because fibres are omnipresent in our environment, the forensic expert has to evaluate the value of the fibre evidence. To interpret fibre evidence, the expert has to know some parameters as frequency of fibres,' probability of finding extraneous fibres by chance on a given support, and transfer and persistence mechanisms. Fibre transfer is one of the most complex parameter. Many authors studied fibre transfer mechanisms but no model has been created to predict the number of fibres transferred expected in a given type of contact according to parameters as characteristics of the contact and characteristics of textiles. The main purpose of this research is to demonstrate that it is possible to create a model to predict the number of fibres transferred during a contact. In this work, the particular case of the transfer of fibres from a knitted textile in wool or in acrylic of a driver to the back of a carseat has been studied. Several characteristics of the textiles used for the experiments were measured. The data obtained were then treated with statistical tools (multiple linear regression) to evaluate the influence of the donor textile characteristics on the number of úbers transferred, and to create a model to predict this number of fibres transferred by an equation containing the characteristics having a significant influence on the transfer. To make easier the searching and the counting of fibres, an apparatus of automatic search. of fibers (fiber finder) was used. The tests realised to evaluate the efficiency of the fiber finder shows that the results obtained are generally as efficient as for visual search for well-coloured fibres. However, the efficiency of automatic search decreases for pales and dark fibres. One characteristic of the donor textile studied was the length of the fibres. To measure this parameter, a sequence of image processing algorithms was implemented. This tool allows to measure the length of a fibre from it high-resolution (2'540 dpi) numerical image. The tests done shows that the error of the measures obtained are about some tenths of millimetres. This precision is sufficient for this research. The statistical methods applied on the transfer experiment data allow to create a model of the transfer phenomenon. Two parameters are included in the model: the shedding capacity of the donor textile surface and the length of donor textile fibres. The shedding capacity of the donor textile surface is a parameter estimating the quantity of fibres that are not or slightly attached to the structure of the textile. These fibres are easily transferred during a contact, and the more this quantity of fibres is high, the more the number of fibres transferred during the contact is important. The length of fibres is also an important parameter: the more the fibres are long, the more they are attached in the structure of the textile and the less they are transferred during the contact.

The analysis of ecstasy tablets in a forensic drug intelligence perspective

The use by police services and inquiring agencies of forensic data in an intelligence perspective is still fragmentary and to some extent ignored. In order to increase the efficiency of criminal investigation to target illegal drug trafficking organisations and to provide valuable information about their methods, it is necessary to include and interpret objective drug analysis results already during the investigation phase. The value of visual, physical and chemical data of seized ecstasy tablets, as a support for criminal investigation on a strategic and tactical level has been investigated. In a first phase different characteristics of ecstasy tablets have been studied in order to define their relevance, variation, correlation and discriminating power in an intelligence perspective. During 5 years, over 1200 cases of ecstasy seizures (concerning about 150000 seized tablets) coming from different regions of Switzerland (City and Canton of Zurich, Cantons Ticino, Neuchâtel and Geneva) have been systematically recorded. This turned out to be a statistically representative database including large and small cases. During the second phase various comparison and clustering methods have been tested and evaluated, on the type and relevance of tablet characteristics, thus increasing knowledge about synthetic drugs, their manufacturing and trafficking. Finally analytical methodologies have been investigated and formalised, applying traditional intelligence methods. In this context classical tools, which are used in criminal analysis (like the I2 Analyst Notebook, I2 Ibase, ?) have been tested and adapted to address the specific need of forensic drug intelligence. The interpretation of these links provides valuable information about criminal organisations and their trafficking methods. In the final part of this thesis practical examples illustrate the use and value of such information.

La philosophie des sciences. Une introduction

Ce livre est une introduction à la philosophie des sciences qui se veut accessible aux étudiants. Il résume l'état actuel de la connaissance, en présentant les différents concepts et en proposant une évaluation des résultats fondés et des questions majeures qui restent ouvertes. Il vise à contribuer au développement d'une nouvelle philosophie de la nature qui prend en considération les théories scientifiques, cherchant à élaborer sur leur base une vision de l'ensemble de la nature : il utilise à cet effet les outils conceptuels de la philosophie analytique. La première partie de l'ouvrage dresse un bilan du débat entre l'empirisme logique et ses critiques. La deuxième partie, la partie principale, présente les principaux sujets de la métaphysique de la nature en se focalisant sur la philosophie de la physique. La troisième partie traite les thèmes de l'unité de la nature ainsi que l'unité des sciences. Cette deuxième édition intègre de nouvelles réflexions sur les Fondements physiques et la causalité. Elle ne considère pas la philosophie de la biologie, qui sera spécifiquement traitée dans un ouvrage à paraître prochainement chez le même éditeur. Chaque chapitre, contient un appareil pédagogique avec résumé, questions d'évaluations et propositions de travail, et l'ouvrage est complété d'un glossaire et d'une bibliographie exhaustive : il est donc particulièrement adapté à un support de cours.

Occurrences of flesh flies (Diptera: Sarcophagidae) on human cadavers in Switzerland, and their importance as forensic indicators.

From 1993 to 2008, criminal investigations were conducted in the western part of Switzerland with special attention to blowfly and flesh fly species in order to estimate the post-mortem interval when requested by the police authorities. Flesh flies were found in only 33 cases out of 160. Five species of the genus Sarcophaga were identified (S. africa, S. argyrostoma, S. caerulescens, S. similis and S. sp.). The main species found on corpses (larval stage) was S. argyrostoma. The thermal constant (K) calculated for this species in Switzerland is 380.6 ± 16.3 (mean ± S.D.) degree-days. With the exception of S. caerulescens, found three times in the larval stage on corpses, the three other species are of minor forensic importance. S. argyrostoma is found during summer and indoors. This species colonises dead bodies, usually the same day as blowfly species, and it could be used to estimate the post-mortem interval. Other species are discussed in the light of current knowledge on their biology and ecology. It is recommended that voucher material be deposited in a museum, allowing further studies by relevant specialists, thereby helping investigators and avoiding misidentifications.

New perspectives in the use of ink evidence in forensic science: Part I. Development of a quality assurance process for forensic ink analysis by HPTLC

The level of information provided by ink evidence to the criminal and civil justice system is limited. The limitations arise from the weakness of the interpretative framework currently used, as proposed in the ASTM 1422-05 and 1789-04 on ink analysis. It is proposed to use the likelihood ratio from the Bayes theorem to interpret ink evidence. Unfortunately, when considering the analytical practices, as defined in the ASTM standards on ink analysis, it appears that current ink analytical practices do not allow for the level of reproducibility and accuracy required by a probabilistic framework. Such framework relies on the evaluation of the statistics of the ink characteristics using an ink reference database and the objective measurement of similarities between ink samples. A complete research programme was designed to (a) develop a standard methodology for analysing ink samples in a more reproducible way, (b) comparing automatically and objectively ink samples and (c) evaluate the proposed methodology in a forensic context. This report focuses on the first of the three stages. A calibration process, based on a standard dye ladder, is proposed to improve the reproducibility of ink analysis by HPTLC, when these inks are analysed at different times and/or by different examiners. The impact of this process on the variability between the repetitive analyses of ink samples in various conditions is studied. The results show significant improvements in the reproducibility of ink analysis compared to traditional calibration methods.

Les traces de pneumatiques en sciences forensiques : de l'analyse chimique à l'évaluation de la force probante

This work is focused on the development of a methodology for the use of chemical characteristic of tire traces to help answer the following question: "Is the offending tire at the origin of the trace found on the crime scene?". This methodology goes from the trace sampling on the road to statistical analysis of its chemical characteristics. Knowledge about the composition and manufacture of tread tires as well as a review of instrumental techniques used for the analysis of polymeric materials were studied to select, as an ansi vi cal technique for this research, pyrolysis coupled to a gas Chromatograph with a mass spectrometry detector (Py-GC/MS). An analytical method was developed and optimized to obtain the lowest variability between replicates of the same sample. Within-variability of the tread was evaluated regarding width and circumference with several samples taken from twelve tires of different brands and/or models. The variability within each of the treads (within-variability) and between the treads (between-variability) could be quantified. Different statistical methods have shown that within-variability is lower than between-variability, which helped differentiate these tires. Ten tire traces were produced with tires of different brands and/or models by braking tests. These traces have been adequately sampled using sheets of gelatine. Particles of each trace were analysed using the same methodology as for the tires at their origin. The general chemical profile of a trace or of a tire has been characterized by eighty-six compounds. Based on a statistical comparison of the chemical profiles obtained, it has been shown that a tire trace is not differentiable from the tire at its origin but is generally differentiable from tires that are not at its origin. Thereafter, a sample containing sixty tires was analysed to assess the discrimination potential of the developed methodology. The statistical results showed that most of the tires of different brands and models are differentiable. However, tires of the same brand and model with identical characteristics, such as country of manufacture, size and DOT number, are not differentiable. A model, based on a likelihood ratio approach, was chosen to evaluate the results of the comparisons between the chemical profiles of the traces and tires. The methodology developed was finally blindly tested using three simulated scenarios. Each scenario involved a trace of an unknown tire as well as two tires possibly at its origin. The correct results for the three scenarios were used to validate the developed methodology. The different steps of this work were useful to collect the required information to test and validate the underlying assumption that it is possible to help determine if an offending tire » or is not at the origin of a trace, by means of a statistical comparison of their chemical profile. This aid was formalized by a measure of the probative value of the evidence, which is represented by the chemical profile of the trace of the tire. - Ce travail s'est proposé de développer une méthodologie pour l'exploitation des caractéristiques chimiques des traces de pneumatiques dans le but d'aider à répondre à la question suivante : «Est-ce que le pneumatique incriminé est ou n'est pas à l'origine de la trace relevée sur les lieux ? ». Cette méthodologie s'est intéressée du prélèvement de la trace de pneumatique sur la chaussée à l'exploitation statistique de ses caractéristiques chimiques. L'acquisition de connaissances sur la composition et la fabrication de la bande de roulement des pneumatiques ainsi que la revue de techniques instrumentales utilisées pour l'analyse de matériaux polymériques ont permis de choisir, comme technique analytique pour la présente recherche, la pyrolyse couplée à un chromatographe en phase gazeuse avec un détecteur de spectrométrie de masse (Py-GC/MS). Une méthode analytique a été développée et optimisée afin d'obtenir la plus faible variabilité entre les réplicas d'un même échantillon. L'évaluation de l'intravariabilité de la bande de roulement a été entreprise dans sa largeur et sa circonférence à l'aide de plusieurs prélèvements effectués sur douze pneumatiques de marques et/ou modèles différents. La variabilité au sein de chacune des bandes de roulement (intravariabilité) ainsi qu'entre les bandes de roulement considérées (intervariabilité) a pu être quantifiée. Les différentes méthodes statistiques appliquées ont montré que l'intravariabilité est plus faible que l'intervariabilité, ce qui a permis de différencier ces pneumatiques. Dix traces de pneumatiques ont été produites à l'aide de pneumatiques de marques et/ou modèles différents en effectuant des tests de freinage. Ces traces ont pu être adéquatement prélevées à l'aide de feuilles de gélatine. Des particules de chaque trace ont été analysées selon la même méthodologie que pour les pneumatiques à leur origine. Le profil chimique général d'une trace de pneumatique ou d'un pneumatique a été caractérisé à l'aide de huitante-six composés. Sur la base de la comparaison statistique des profils chimiques obtenus, il a pu être montré qu'une trace de pneumatique n'est pas différenciable du pneumatique à son origine mais est, généralement, différenciable des pneumatiques qui ne sont pas à son origine. Par la suite, un échantillonnage comprenant soixante pneumatiques a été analysé afin d'évaluer le potentiel de discrimination de la méthodologie développée. Les méthodes statistiques appliquées ont mis en évidence que des pneumatiques de marques et modèles différents sont, majoritairement, différenciables entre eux. La méthodologie développée présente ainsi un bon potentiel de discrimination. Toutefois, des pneumatiques de la même marque et du même modèle qui présentent des caractéristiques PTD (i.e. pays de fabrication, taille et numéro DOT) identiques ne sont pas différenciables. Un modèle d'évaluation, basé sur une approche dite du likelihood ratio, a été adopté pour apporter une signification au résultat des comparaisons entre les profils chimiques des traces et des pneumatiques. La méthodologie mise en place a finalement été testée à l'aveugle à l'aide de la simulation de trois scénarios. Chaque scénario impliquait une trace de pneumatique inconnue et deux pneumatiques suspectés d'être à l'origine de cette trace. Les résultats corrects obtenus pour les trois scénarios ont permis de valider la méthodologie développée. Les différentes étapes de ce travail ont permis d'acquérir les informations nécessaires au test et à la validation de l'hypothèse fondamentale selon laquelle il est possible d'aider à déterminer si un pneumatique incriminé est ou n'est pas à l'origine d'une trace, par le biais d'une comparaison statistique de leur profil chimique. Cette aide a été formalisée par une mesure de la force probante de l'indice, qui est représenté par le profil chimique de la trace de pneumatique.

The use of the likelihood ratio for evaluative and investigative purposes in comparative forensic handwriting examination

This paper extends previous research and discussion on the use of multivariate continuous data, which are about to become more prevalent in forensic science. As an illustrative example, attention is drawn here on the area of comparative handwriting examinations. Multivariate continuous data can be obtained in this field by analysing the contour shape of loop characters through Fourier analysis. This methodology, based on existing research in this area, allows one describe in detail the morphology of character contours throughout a set of variables. This paper uses data collected from female and male writers to conduct a comparative analysis of likelihood ratio based evidence assessment procedures in both, evaluative and investigative proceedings. While the use of likelihood ratios in the former situation is now rather well established (typically, in order to discriminate between propositions of authorship of a given individual versus another, unknown individual), focus on the investigative setting still remains rather beyond considerations in practice. This paper seeks to highlight that investigative settings, too, can represent an area of application for which the likelihood ratio can offer a logical support. As an example, the inference of gender of the writer of an incriminated handwritten text is forwarded, analysed and discussed in this paper. The more general viewpoint according to which likelihood ratio analyses can be helpful for investigative proceedings is supported here through various simulations. These offer a characterisation of the robustness of the proposed likelihood ratio methodology.