Bioimage informatics in STED super-resolution microscopy

Optical microscopy is living its renaissance. The diffraction limit, although still physically true, plays a minor role in the achievable resolution in far-field fluorescence microscopy. Super-resolution techniques enable fluorescence microscopy at nearly molecular resolution. Modern (super-resolution) microscopy methods rely strongly on software. Software tools are needed all the way from data acquisition, data storage, image reconstruction, restoration and alignment, to quantitative image analysis and image visualization. These tools play a key role in all aspects of microscopy today – and their importance in the coming years is certainly going to increase, when microscopy little-by-little transitions from single cells into more complex and even living model systems. In this thesis, a series of bioimage informatics software tools are introduced for STED super-resolution microscopy. Tomographic reconstruction software, coupled with a novel image acquisition method STED< is shown to enable axial (3D) super-resolution imaging in a standard 2D-STED microscope. Software tools are introduced for STED super-resolution correlative imaging with transmission electron microscopes or atomic force microscopes. A novel method for automatically ranking image quality within microscope image datasets is introduced, and it is utilized to for example select the best images in a STED microscope image dataset.

Investigation of the composition of linear alkylbenzenes with emphasis on the identification and quantitation of some trace compounds using GS/MS system in both electron impact and chemical ionization modes

Linear alkylbenzenes, LAB, formed by the Alel3 or HF catalyzed alkylation of benzene are common raw materials for surfactant manufacture. Normally they are sulphonated using S03 or oleum to give the corresponding linear alkylbenzene sulphonates In >95 % yield. As concern has grown about the environmental impact of surfactants,' questions have been raised about the trace levels of unreacted raw materials, linear alkylbenzenes and minor impurities present in them. With the advent of modem analytical instruments and techniques, namely GCIMS, the opportunity has arisen to identify the exact nature of these impurities and to determine the actual levels of them present in the commercial linear ,alkylbenzenes. The object of the proposed study was to separate, identify and quantify major and minor components (1-10%) in commercial linear alkylbenzenes. The focus of this study was on the structure elucidation and determination of impurities and on the qualitative determination of them in all analyzed linear alkylbenzene samples. A gas chromatography/mass spectrometry, (GCIMS) study was performed o~ five samples from the same manufacturer (different production dates) and then it was followed by the analyses of ten commercial linear alkylbenzenes from four different suppliers. All the major components, namely linear alkylbenzene isomers, followed the same elution pattern with the 2-phenyl isomer eluting last. The individual isomers were identified by interpretation of their electron impact and chemical ionization mass spectra. The percent isomer distribution was found to be different from sample to sample. Average molecular weights were calculated using two methods, GC and GCIMS, and compared with the results reported on the Certificate of Analyses (C.O.A.) provided by the manufacturers of commercial linear alkylbenzenes. The GC results in most cases agreed with the reported values, whereas GC/MS results were significantly lower, between 0.41 and 3.29 amu. The minor components, impurities such as branched alkylbenzenes and dialkyltetralins eluted according to their molecular weights. Their fragmentation patterns were studied using electron impact ionization mode and their molecular weight ions confirmed by a 'soft ionization technique', chemical ionization. The level of impurities present i~ the analyzed commercial linear alkylbenzenes was expressed as the percent of the total sample weight, as well as, in mg/g. The percent of impurities was observed to vary between 4.5 % and 16.8 % with the highest being in sample "I". Quantitation (mg/g) of impurities such as branched alkylbenzenes and dialkyltetralins was done using cis/trans-l,4,6,7-tetramethyltetralin as an internal standard. Samples were analyzed using .GC/MS system operating under full scan and single ion monitoring data acquisition modes. The latter data acquisition mode, which offers higher sensitivity, was used to analyze all samples under investigation for presence of linear dialkyltetralins. Dialkyltetralins were reported quantitatively, whereas branched alkylbenzenes were reported semi-qualitatively. The GC/MS method that was developed during the course of this study allowed identification of some other trace impurities present in commercial LABs. Compounds such as non-linear dialkyltetralins, dialkylindanes, diphenylalkanes and alkylnaphthalenes were identified but their detailed structure elucidation and the quantitation was beyond the scope of this study. However, further investigation of these compounds will be the subject of a future study.

Development and characterization of concentric capillary nebulizer used in inductively coupled plasma analysis /

A simple, low-cost concentric capillary nebulizer (CCN) was developed and evaluated for ICP spectrometry. The CCN could be operated at sample uptake rates of 0.050-1.00 ml min'^ and under oscillating and non-oscillating conditions. Aerosol characteristics for the CCN were studied using a laser Fraunhofter diffraction analyzer. Solvent transport efficiencies and transport rates, detection limits, and short- and long-term stabilities were evaluated for the CCN with a modified cyclonic spray chamber at different sample uptake rates. The Mg II (280.2nm)/l\/lg 1(285.2nm) ratio was used for matrix effect studies. Results were compared to those with conventional nebulizers, a cross-flow nebulizer with a Scott-type spray chamber, a GemCone nebulizer with a cyclonic spray chamber, and a Meinhard TR-30-K3 concentric nebulizer with a cyclonic spray chamber. Transport efficiencies of up to 57% were obtained for the CCN. For the elements tested, short- and long-term precisions and detection limits obtained with the CCN at 0.050-0.500 ml min'^ are similar to, or better than, those obtained on the same instrument using the conventional nebulizers (at 1.0 ml min'^). The depressive and enhancement effects of easily ionizable element Na, sulfuric acid, and dodecylamine surfactant on analyte signals with the CCN are similar to, or better than, those obtained with the conventional nebulizers. However, capillary clog was observed when the sample solution with high dissolved solids was nebulized for more than 40 min. The effects of data acquisition and data processing on detection limits were studied using inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry. The study examined the effects of different detection limit approaches, the effects of data integration modes, the effects of regression modes, the effects of the standard concentration range and the number of standards, the effects of sample uptake rate, and the effect of Integration time. All the experiments followed the same protocols. Three detection limit approaches were examined, lUPAC method, the residual standard deviation (RSD), and the signal-to-background ratio and relative standard deviation of the background (SBR-RSDB). The study demonstrated that the different approaches, the integration modes, the regression methods, and the sample uptake rates can have an effect on detection limits. The study also showed that the different approaches give different detection limits and some methods (for example, RSD) are susceptible to the quality of calibration curves. Multicomponents spectral fitting (MSF) gave the best results among these three integration modes, peak height, peak area, and MSF. Weighted least squares method showed the ability to obtain better quality calibration curves. Although an effect of the number of standards on detection limits was not observed, multiple standards are recommended because they provide more reliable calibration curves. An increase of sample uptake rate and integration time could improve detection limits. However, an improvement with increased integration time on detection limits was not observed because the auto integration mode was used.

REFLECT : logiciel de restitution des réflectances au sol pour l’amélioration de la qualité de l'information extraite des images satellitales à haute résolution spatiale

RÉSUMÉ - Les images satellitales multispectrales, notamment celles à haute résolution spatiale (plus fine que 30 m au sol), représentent une source d’information inestimable pour la prise de décision dans divers domaines liés à la gestion des ressources naturelles, à la préservation de l’environnement ou à l’aménagement et la gestion des centres urbains. Les échelles d’étude peuvent aller du local (résolutions plus fines que 5 m) à des échelles régionales (résolutions plus grossières que 5 m). Ces images caractérisent la variation de la réflectance des objets dans le spectre qui est l’information clé pour un grand nombre d’applications de ces données. Or, les mesures des capteurs satellitaux sont aussi affectées par des facteurs « parasites » liés aux conditions d’éclairement et d’observation, à l’atmosphère, à la topographie et aux propriétés des capteurs. Deux questions nous ont préoccupé dans cette recherche. Quelle est la meilleure approche pour restituer les réflectances au sol à partir des valeurs numériques enregistrées par les capteurs tenant compte des ces facteurs parasites ? Cette restitution est-elle la condition sine qua non pour extraire une information fiable des images en fonction des problématiques propres aux différents domaines d’application des images (cartographie du territoire, monitoring de l’environnement, suivi des changements du paysage, inventaires des ressources, etc.) ? Les recherches effectuées les 30 dernières années ont abouti à une série de techniques de correction des données des effets des facteurs parasites dont certaines permettent de restituer les réflectances au sol. Plusieurs questions sont cependant encore en suspens et d’autres nécessitent des approfondissements afin, d’une part d’améliorer la précision des résultats et d’autre part, de rendre ces techniques plus versatiles en les adaptant à un plus large éventail de conditions d’acquisition des données. Nous pouvons en mentionner quelques unes : - Comment prendre en compte des caractéristiques atmosphériques (notamment des particules d’aérosol) adaptées à des conditions locales et régionales et ne pas se fier à des modèles par défaut qui indiquent des tendances spatiotemporelles à long terme mais s’ajustent mal à des observations instantanées et restreintes spatialement ? - Comment tenir compte des effets de « contamination » du signal provenant de l’objet visé par le capteur par les signaux provenant des objets environnant (effet d’adjacence) ? ce phénomène devient très important pour des images de résolution plus fine que 5 m; - Quels sont les effets des angles de visée des capteurs hors nadir qui sont de plus en plus présents puisqu’ils offrent une meilleure résolution temporelle et la possibilité d’obtenir des couples d’images stéréoscopiques ? - Comment augmenter l’efficacité des techniques de traitement et d’analyse automatique des images multispectrales à des terrains accidentés et montagneux tenant compte des effets multiples du relief topographique sur le signal capté à distance ? D’autre part, malgré les nombreuses démonstrations par des chercheurs que l’information extraite des images satellitales peut être altérée à cause des tous ces facteurs parasites, force est de constater aujourd’hui que les corrections radiométriques demeurent peu utilisées sur une base routinière tel qu’est le cas pour les corrections géométriques. Pour ces dernières, les logiciels commerciaux de télédétection possèdent des algorithmes versatiles, puissants et à la portée des utilisateurs. Les algorithmes des corrections radiométriques, lorsqu’ils sont proposés, demeurent des boîtes noires peu flexibles nécessitant la plupart de temps des utilisateurs experts en la matière. Les objectifs que nous nous sommes fixés dans cette recherche sont les suivants : 1) Développer un logiciel de restitution des réflectances au sol tenant compte des questions posées ci-haut. Ce logiciel devait être suffisamment modulaire pour pouvoir le bonifier, l’améliorer et l’adapter à diverses problématiques d’application d’images satellitales; et 2) Appliquer ce logiciel dans différents contextes (urbain, agricole, forestier) et analyser les résultats obtenus afin d’évaluer le gain en précision de l’information extraite par des images satellitales transformées en images des réflectances au sol et par conséquent la nécessité d’opérer ainsi peu importe la problématique de l’application. Ainsi, à travers cette recherche, nous avons réalisé un outil de restitution de la réflectance au sol (la nouvelle version du logiciel REFLECT). Ce logiciel est basé sur la formulation (et les routines) du code 6S (Seconde Simulation du Signal Satellitaire dans le Spectre Solaire) et sur la méthode des cibles obscures pour l’estimation de l’épaisseur optique des aérosols (aerosol optical depth, AOD), qui est le facteur le plus difficile à corriger. Des améliorations substantielles ont été apportées aux modèles existants. Ces améliorations concernent essentiellement les propriétés des aérosols (intégration d’un modèle plus récent, amélioration de la recherche des cibles obscures pour l’estimation de l’AOD), la prise en compte de l’effet d’adjacence à l’aide d’un modèle de réflexion spéculaire, la prise en compte de la majorité des capteurs multispectraux à haute résolution (Landsat TM et ETM+, tous les HR de SPOT 1 à 5, EO-1 ALI et ASTER) et à très haute résolution (QuickBird et Ikonos) utilisés actuellement et la correction des effets topographiques l’aide d’un modèle qui sépare les composantes directe et diffuse du rayonnement solaire et qui s’adapte également à la canopée forestière. Les travaux de validation ont montré que la restitution de la réflectance au sol par REFLECT se fait avec une précision de l’ordre de ±0.01 unités de réflectance (pour les bandes spectrales du visible, PIR et MIR), même dans le cas d’une surface à topographie variable. Ce logiciel a permis de montrer, à travers des simulations de réflectances apparentes à quel point les facteurs parasites influant les valeurs numériques des images pouvaient modifier le signal utile qui est la réflectance au sol (erreurs de 10 à plus de 50%). REFLECT a également été utilisé pour voir l’importance de l’utilisation des réflectances au sol plutôt que les valeurs numériques brutes pour diverses applications courantes de la télédétection dans les domaines des classifications, du suivi des changements, de l’agriculture et de la foresterie. Dans la majorité des applications (suivi des changements par images multi-dates, utilisation d’indices de végétation, estimation de paramètres biophysiques, …), la correction des images est une opération cruciale pour obtenir des résultats fiables. D’un point de vue informatique, le logiciel REFLECT se présente comme une série de menus simples d’utilisation correspondant aux différentes étapes de saisie des intrants de la scène, calcul des transmittances gazeuses, estimation de l’AOD par la méthode des cibles obscures et enfin, l’application des corrections radiométriques à l’image, notamment par l’option rapide qui permet de traiter une image de 5000 par 5000 pixels en 15 minutes environ. Cette recherche ouvre une série de pistes pour d’autres améliorations des modèles et méthodes liés au domaine des corrections radiométriques, notamment en ce qui concerne l’intégration de la FDRB (fonction de distribution de la réflectance bidirectionnelle) dans la formulation, la prise en compte des nuages translucides à l’aide de la modélisation de la diffusion non sélective et l’automatisation de la méthode des pentes équivalentes proposée pour les corrections topographiques.

Efficient estimation using the characteristic function : theory and applications with high frequency data

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Discrimination d'événements par analyse des signaux enregistrés par le projet PICASSO

La matière sombre est un mystère dans le domaine de l’astrophysique depuis déjà plusieurs années. De nombreuses observations montrent que jusqu’à 85 % de la masse gravitationnelle totale de l’univers serait composée de cette matière de nature inconnue. Une théorie expliquant cette masse manquante considérerait les WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles), particules stables, non chargées, prédites par des extensions du modèle standard, comme candidats. Le projet PICASSO (Projet d’Identification des CAndidats Supersymétriques à la matière Sombre) est une expérience qui tente de détecter directement le WIMP. Le projet utilise des détecteurs à gouttelettes de fréon (C4F10) surchauffées. La collision entre un WIMP et le noyau de fluor crée un recul nucléaire qui cause à son tour une transition de phase de la gouttelette liquide à une bulle gazeuse. Le bruit de ce phénomène est alors capté par des senseurs piézoélectriques montés sur les parois des détecteurs. Le WIMP n’est cependant pas la seule particule pouvant causer une telle transition de phase. D’autres particules environnantes peuvent former des bulles, telles les particules alpha où même des rayons gamma . Le système d’acquisition de données (DAQ) est aussi en proie à du bruit électronique qui peut être enregistré, ainsi que sensible à du bruit acoustique extérieur au détecteur. Finalement, des fractures dans le polymère qui tient les gouttelettes en place peut également causer des transitions de phase spontanées. Il faut donc minimiser l’impact de tous ces différents bruit de fond. La pureté du matériel utilisé dans la fabrication des détecteurs devient alors très importante. On fait aussi appel à des méthodes qui impliquent l’utilisation de variables de discrimination développées dans le but d’améliorer les limites d’exclusion de détection du WIMP.

Mise à l’essai et évaluation qualitative d’une intervention inspirée de la pédagogie narrative destinée aux infirmières soignant des personnes âgées en état confusionnel aigu

Les personnes âgées occupent une proportion importante des lits dans les centres hospitaliers de soins de courte durée québécois et leur présence est en augmentation. Parmi ces personnes, plusieurs présentent un état confusionnel aigu (ÉCA), voire un délirium, au cours de leur hospitalisation. Les soins infirmiers qu’elles requièrent sont complexes et les études portant sur la formation continue des infirmières tiennent peu compte de cette réalité. Les approches utilisées dans les études sont surtout centrées sur l’acquisition de connaissances et d’habiletés techniques et négligent les aspects créatifs, relationnels, critiques, réflexifs et éthiques essentiels à une prestation de soins infirmiers de qualité. On y retrouve également peu d’informations sur la conception de l’intervention éducative et sur son évaluation. C’est dans cette perspective que le but de l’étude était de mettre à l’essai et d’évaluer qualitativement le processus et les résultats d’une intervention éducative auprès d’infirmières soignant des personnes âgées hospitalisées en ÉCA. Plus particulièrement, ce sont les conditions facilitant et contraignant l’intervention, les aspects les plus utiles pour la pratique, les différents savoirs exprimés et les résultats de soins perçus par les participantes qui étaient recherchés. C’est en s’inspirant de la pédagogie narrative de Diekelmann (2001) et des savoirs infirmiers de Chinn et Kramer (2008) que l’intervention a été conçue et évaluée. La description d’expériences de soins vécues par les infirmières et la création d’un environnement d’apprentissage favorisant l’interprétation, en groupe, de ces expériences à l’aide d’informations théoriques et empiriques caractérisent la pédagogie narrative à la base de cette intervention. Pour atteindre le but, une étude de cas a été retenue. La stratégie d’échantillonnage par choix raisonné a permis de sélectionner des participantes travaillant sur les trois quarts de travail, ayant différents niveaux de formation et une expérience comme infirmière variant de huit mois à 36 ans, dont l’âge variait de 23 à 64 ans. L’échantillon, composé de 15 infirmières soignant fréquemment des personnes en ÉCA et travaillant sur des unités de soins chirurgicaux cardiologiques et orthopédiques, était réparti dans trois groupes égaux de cinq participantes. L’intervention éducative comprenait quatre journées de formation offertes à intervalle de trois semaines pour une durée totale de 12 semaines. Au cours de chacune de ces journées, les participantes devaient effectuer un travail écrit réflexif concernant une situation de soins vécue avec une personne en ÉCA et, par la suite, partager, interpréter et s'interroger sur ces situations en faisant des liens avec des informations théoriques et empiriques sur l’ÉCA dans le cadre d’un atelier de groupe. Une triangulation de méthodes de collecte de données, incluant des notes de terrain de l’investigatrice, les travaux réflexifs des participantes, des questionnaires complétés par les participantes après chaque journée de formation et une entrevue individuelle avec chaque participante réalisée par une intervieweuse externe à la fin de l’intervention, a permis de décrire la mise à l’essai de l’intervention et d’évaluer qualitativement son processus et ses résultats. Une analyse de contenu des données qualitatives intra et inter participante a été effectuée. La mise à l’essai de l’intervention a mis en évidence l’importance de tenir compte des besoins variés des participantes et d’ajuster l’intervention éducative d’un groupe à l’autre, notamment eu égard aux contenus théoriques et empiriques sur l’ECA. L’évaluation du processus souligne que l’intervention a été facilitée par les attitudes et la diversité des expériences des participantes, ainsi que par l’utilisation de situations de soins réelles permettant d’intégrer la théorie dans la pratique. L’accès à de nouveaux outils d’évaluation des personnes en ÉCA a été perçu particulièrement utile par les participantes. Quant à l’évaluation des résultats, elle a permis de rendre visibles de nombreux savoirs empiriques, éthiques et esthétiques et certains savoirs personnels et émancipatoires exprimés par les participantes. Les participantes ont, entre autres, réalisé des évaluations plus approfondies des personnes en ÉCA, ont réduit ou évité les mesures de contrôle physiques des personnes atteintes et ont impliqué davantage les familles dans les soins. L’évaluation a aussi permis de décrire certains résultats perçus par les participantes sur le bien-être physique et psychologique des personnes soignées et sur les familles. Les personnes en ECA étaient, entre autres, rassurées, plus calmes et soulagées et les familles moins inquiètes et davantage impliquées dans les soins. Les résultats de l’étude mettent en évidence l’applicabilité d’une intervention éducative narrative basée sur un cadre de référence en sciences infirmières et son utilité pour la formation continue dans les milieux de soins. L’étude ouvre la porte à des possibilités de transfert de l’intervention à d’autres populations d’infirmières soignant des clientèles ayant des besoins complexes, notamment en gériatrie, en oncologie ou en soins palliatifs. Des études visant à évaluer l’intervention auprès d’un échantillon plus important et à explorer ses effets sur les personnes soignées et leurs familles sont proposées.

Nature, culture et progrès : histoire comparative du concept de transition entre paléolithiques moyen et supérieur en archéologie préhistorique

Doctorat effectué en cotutelle Pour le département d'histoire de l'Université de Montréal, M.M. Jacques G. Ruelland et Othmar Keel, Pour le laboratoire P.A.C.E.A.– U.M.R. 5199. C.N.R.S., de l'École doctorale des sciences Terre-Mer, directeurs successifs, M. P.-Y. Demars, puis M. Michel Lenoir. Thèse soutenue à Bordeaux le 6 juin 2012.

Analysis of System Signals Based on Cross Recurrence Method for System Dynamics Characterization

Natural systems are inherently non linear. Recurrent behaviours are typical of natural systems. Recurrence is a fundamental property of non linear dynamical systems which can be exploited to characterize the system behaviour effectively. Cross recurrence based analysis of sensor signals from non linear dynamical system is presented in this thesis. The mutual dependency among relatively independent components of a system is referred as coupling. The analysis is done for a mechanically coupled system specifically designed for conducting experiment. Further, cross recurrence method is extended to the actual machining process in a lathe to characterize the chatter during turning. The result is verified by permutation entropy method. Conventional linear methods or models are incapable of capturing the critical and strange behaviours associated with the dynamical process. Hence any effective feature extraction methodologies should invariably gather information thorough nonlinear time series analysis. The sensor signals from the dynamical system normally contain noise and non stationarity. In an effort to get over these two issues to the maximum possible extent, this work adopts the cross recurrence quantification analysis (CRQA) methodology since it is found to be robust against noise and stationarity in the signals. The study reveals that the CRQA is capable of characterizing even weak coupling among system signals. It also divulges the dependence of certain CRQA variables like percent determinism, percent recurrence and entropy to chatter unambiguously. The surrogate data test shows that the results obtained by CRQA are the true properties of the temporal evolution of the dynamics and contain a degree of deterministic structure. The results are verified using permutation entropy (PE) to detect the onset of chatter from the time series. The present study ascertains that this CRP based methodology is capable of recognizing the transition from regular cutting to the chatter cutting irrespective of the machining parameters or work piece material. The results establish this methodology to be feasible for detection of chatter in metal cutting operation in a lathe.

The agreement between ipsative and normative questionnaires using compositional data analysis techniques

The main instrument used in psychological measurement is the self-report questionnaire. One of its major drawbacks however is its susceptibility to response biases. A known strategy to control these biases has been the use of so-called ipsative items. Ipsative items are items that require the respondent to make between-scale comparisons within each item. The selected option determines to which scale the weight of the answer is attributed. Consequently in questionnaires only consisting of ipsative items every respondent is allotted an equal amount, i.e. the total score, that each can distribute differently over the scales. Therefore this type of response format yields data that can be considered compositional from its inception. Methodological oriented psychologists have heavily criticized this type of item format, since the resulting data is also marked by the associated unfavourable statistical properties. Nevertheless, clinicians have kept using these questionnaires to their satisfaction. This investigation therefore aims to evaluate both positions and addresses the similarities and differences between the two data collection methods. The ultimate objective is to formulate a guideline when to use which type of item format. The comparison is based on data obtained with both an ipsative and normative version of three psychological questionnaires, which were administered to 502 first-year students in psychology according to a balanced within-subjects design. Previous research only compared the direct ipsative scale scores with the derived ipsative scale scores. The use of compositional data analysis techniques also enables one to compare derived normative score ratios with direct normative score ratios. The addition of the second comparison not only offers the advantage of a better-balanced research strategy. In principle it also allows for parametric testing in the evaluation

Mixture models for capture-recapture count data

The contribution investigates the problem of estimating the size of a population, also known as the missing cases problem. Suppose a registration system is targeting to identify all cases having a certain characteristic such as a specific disease (cancer, heart disease, ...), disease related condition (HIV, heroin use, ...) or a specific behavior (driving a car without license). Every case in such a registration system has a certain notification history in that it might have been identified several times (at least once) which can be understood as a particular capture-recapture situation. Typically, cases are left out which have never been listed at any occasion, and it is this frequency one wants to estimate. In this paper modelling is concentrating on the counting distribution, e.g. the distribution of the variable that counts how often a given case has been identified by the registration system. Besides very simple models like the binomial or Poisson distribution, finite (nonparametric) mixtures of these are considered providing rather flexible modelling tools. Estimation is done using maximum likelihood by means of the EM algorithm. A case study on heroin users in Bangkok in the year 2001 is completing the contribution.

MALDI MS

Matrix-assisted laser desorption/ionization (MALDI) is a key technique in mass spectrometry (MS)-based proteomics. MALDI MS is extremely sensitive, easy-to-apply, and relatively tolerant to contaminants. Its high-speed data acquisition and large-scale, off-line sample preparation has made it once again the focus for high-throughput proteomic analyses. These and other unique properties of MALDI offer new possibilities in applications such as rapid molecular profiling and imaging by MS. Proteomics and its employment in Systems Biology and other areas that require sensitive and high-throughput bioanalytical techniques greatly depend on these methodologies. This chapter provides a basic introduction to the MALDI methodology and its general application in proteomic research. It describes the basic MALDI sample preparation steps and two easy-to-follow examples for protein identification including extensive notes on these topics with practical tips that are often not available in the Subheadings 2 and 3 of research articles.

Understanding the indoor environment through mining sensory data - A case study

A wireless sensor network (WSN) is a group of sensors linked by wireless medium to perform distributed sensing tasks. WSNs have attracted a wide interest from academia and industry alike due to their diversity of applications, including home automation, smart environment, and emergency services, in various buildings. The primary goal of a WSN is to collect data sensed by sensors. These data are characteristic of being heavily noisy, exhibiting temporal and spatial correlation. In order to extract useful information from such data, as this paper will demonstrate, people need to utilise various techniques to analyse the data. Data mining is a process in which a wide spectrum of data analysis methods is used. It is applied in the paper to analyse data collected from WSNs monitoring an indoor environment in a building. A case study is given to demonstrate how data mining can be used to optimise the use of the office space in a building.

Data assimilation for state and parameter estimation: application to morphodynamic modelling

Data assimilation is predominantly used for state estimation; combining observational data with model predictions to produce an updated model state that most accurately approximates the true system state whilst keeping the model parameters fixed. This updated model state is then used to initiate the next model forecast. Even with perfect initial data, inaccurate model parameters will lead to the growth of prediction errors. To generate reliable forecasts we need good estimates of both the current system state and the model parameters. This paper presents research into data assimilation methods for morphodynamic model state and parameter estimation. First, we focus on state estimation and describe implementation of a three dimensional variational(3D-Var) data assimilation scheme in a simple 2D morphodynamic model of Morecambe Bay, UK. The assimilation of observations of bathymetry derived from SAR satellite imagery and a ship-borne survey is shown to significantly improve the predictive capability of the model over a 2 year run. Here, the model parameters are set by manual calibration; this is laborious and is found to produce different parameter values depending on the type and coverage of the validation dataset. The second part of this paper considers the problem of model parameter estimation in more detail. We explain how, by employing the technique of state augmentation, it is possible to use data assimilation to estimate uncertain model parameters concurrently with the model state. This approach removes inefficiencies associated with manual calibration and enables more effective use of observational data. We outline the development of a novel hybrid sequential 3D-Var data assimilation algorithm for joint state-parameter estimation and demonstrate its efficacy using an idealised 1D sediment transport model. The results of this study are extremely positive and suggest that there is great potential for the use of data assimilation-based state-parameter estimation in coastal morphodynamic modelling.

On instabilities in data assimilation algorithms

Data assimilation algorithms are a crucial part of operational systems in numerical weather prediction, hydrology and climate science, but are also important for dynamical reconstruction in medical applications and quality control for manufacturing processes. Usually, a variety of diverse measurement data are employed to determine the state of the atmosphere or to a wider system including land and oceans. Modern data assimilation systems use more and more remote sensing data, in particular radiances measured by satellites, radar data and integrated water vapor measurements via GPS/GNSS signals. The inversion of some of these measurements are ill-posed in the classical sense, i.e. the inverse of the operator H which maps the state onto the data is unbounded. In this case, the use of such data can lead to significant instabilities of data assimilation algorithms. The goal of this work is to provide a rigorous mathematical analysis of the instability of well-known data assimilation methods. Here, we will restrict our attention to particular linear systems, in which the instability can be explicitly analyzed. We investigate the three-dimensional variational assimilation and four-dimensional variational assimilation. A theory for the instability is developed using the classical theory of ill-posed problems in a Banach space framework. Further, we demonstrate by numerical examples that instabilities can and will occur, including an example from dynamic magnetic tomography.