Neural mechanisms underlying conscious and unconscious vision. Evidence from event-related potentials and transcranial magnetic stimulation

Vision affords us with the ability to consciously see, and use this information in our behavior. While research has produced a detailed account of the function of the visual system, the neural processes that underlie conscious vision are still debated. One of the aims of the present thesis was to examine the time-course of the neuroelectrical processes that correlate with conscious vision. The second aim was to study the neural basis of unconscious vision, that is, situations where a stimulus that is not consciously perceived nevertheless influences behavior. According to current prevalent models of conscious vision, the activation of visual cortical areas is not, as such, sufficient for consciousness to emerge, although it might be sufficient for unconscious vision. Conscious vision is assumed to require reciprocal communication between cortical areas, but views differ substantially on the extent of this recurrent communication. Visual consciousness has been proposed to emerge from recurrent neural interactions within the visual system, while other models claim that more widespread cortical activation is needed for consciousness. Studies I-III compared models of conscious vision by studying event-related potentials (ERP). ERPs represent the brain’s average electrical response to stimulation. The results support the model that associates conscious vision with activity localized in the ventral visual cortex. The timing of this activity corresponds to an intermediate stage in visual processing. Earlier stages of visual processing may influence what becomes conscious, although these processes do not directly enable visual consciousness. Late processing stages, when more widespread cortical areas are activated, reflect the access to and manipulation of contents of consciousness. Studies IV and V concentrated on unconscious vision. By using transcranial magnetic stimulation (TMS) we show that when early visual cortical processing is disturbed so that subjects fail to consciously perceive visual stimuli, they may nevertheless guess (above chance-level) the location where the visual stimuli were presented. However, the results also suggest that in a similar situation, early visual cortex is necessary for both conscious and unconscious perception of chromatic information (i.e. color). Chromatic information that remains unconscious may influence behavioral responses when activity in visual cortex is not disturbed by TMS. Our results support the view that early stimulus-driven (feedforward) activation may be sufficient for unconscious processing. In conclusion, the results of this thesis support the view that conscious vision is enabled by a series of processing stages. The processes that most closely correlate with conscious vision take place in the ventral visual cortex ~200 ms after stimulus presentation, although preceding time-periods and contributions from other cortical areas such as the parietal cortex are also indispensable. Unconscious vision relies on intact early visual activation, although the location of visual stimulus may be unconsciously resolved even when activity in the early visual cortex is interfered with.

Toimintaohjeistus HSY:n jätteenpolton materiaalivirtojen hallintaan

Vantaan Energia rakentaa ympäristövaatimukset täyttävän jätevoimalan Itä-Vantaan Långmossebergeniin. Jätevoimalassa tullaan käyttämään polttoaineena kierrätykseen kelpaamatonta syntypaikkalajiteltua yhdyskuntajätettä sekä maakaasua. Helsingin seudun ympäristöpalvelut -kuntayhtymä HSY tulee toimittamaan noin 80 % vuosittaisesta jätepolttoaineesta. Tässä työssä on esitetty toimintamalli HSY:n jätteenpolton materiaalivirtojen hallitsemiseksi. Toimintamallin tarkoituksena on antaa ohjeistus jätteiden materiaalivirtojen käsittelymenetelmistä ennen jätteenpolttolaitosta. Lisäksi toimintamallin tarkoituksena on saada vähennettyä pohjakuonan määrää. Toimintamalli sisältää ohjeistuksen kotitalouksien sekajätteen, pienjäteasemien sekajätteen, sekalaisen rakennus- ja purkujätteen sekä kaupan- ja teollisuuden jätteiden käsittelytavoista. Jätevirtojen koostumusta on selvitetty kirjallisuudesta löytyvien tietojen perusteella ja tietoja on täydennetty kesällä 2013 suoritetun lajittelututkimuksen tiedoilla. Tutkimuksen tuloksista selvisi, että pienjäteasemien sekajätteiden lajittelua tehostamalla HSY:llä pystytään tekemään merkittäviä taloudellisia säästöjä. Tutkimuksessa selvisi, että kipsilevy olisi kannattavinta kerätä omalle lavalleen pienjäteasemilla. Sekalaisen rakennus- ja purkujätteen osalta todettiin, että sitä ei kannata ohjata suoraan jätevoimalalle poltettavaksi, eikä sitä voida sijoittaa käsittelemättömänä kaatopaikalle vuoden 2020 jälkeen. Tästä syystä työssä on ehdotettu, että sekalainen rakennus- ja purkujäte ohjattaisiin lajittelulaitokselle käsiteltäväksi ennen sen loppusijoittamista. Tutkimuksen tulosten perusteella voidaan myös todeta, että toimintamallia noudattamalla, pohjakuonan määrää on mahdollista vähentää lähes puolella alkuperäisestä arviosta.

Tulevaisuuden sodankäynnin vaatimukset heitinajoneuvoille

Tulevaisuudessa kranaatinheittimistön rooli tulee säilymään pitkälti sellaisena, mitä se on jo tänä päivänä. Tulevaisuuden taistelukenttä asettaa kuitenkin omilla muutoksillaan erinäköisiä kehitystarpeita, joita tutkimuksessa pyritään tuomaan esille. Tutkimuksen tarkoituksena on selvittää, millaisia heitinajoneuvojen tulisi olla tulevaisuudessa, ja minkälaisia mahdollisuuksia näitä ajoneuvoja on kehittää. Tutkimuksessa käsitellään heitinajoneuvoja neljän suuremman kokonaisuuden valossa; liikkuvuuden, tulivoiman, suojan sekä johtamisen näkökulmista. Näissä etsitään teknologisia kehitysnäkymiä joita pyritään peilaamaan tulevaisuuden kranaatinheittimistön käyttökohteisiin. Tutkimuksessa käsitellään myös tulevaisuuden taistelukenttää, josta pyritään löytämään heittimistön rooli ja käyttö. Tutkimusmenetelmänä on asiakirjatutkimus. Tutkimus on rajattu käsittelemään ainoastaan pyöräalustaisia heitinajoneuvoja, sillä kehityksen painopisteen ennustetaan olevan niissä. Heitinajoneuvoissa, kuten muissakin ajoneuvoissa kehitys menee teknologian kehityksen mukana jatkuvasti eteenpäin. Tutkimuksessa esitellään millaisia muutoksia on syytä saavuttaa, sekä millaisia muutoksia on odotettavissa. Tutkimuksessa tulee esille, että ajoneuvokehitys on aina täynnä kompromisseja. Tutkimuksen perusteella voidaan olettaa heitinajoneuvojen kehityksen keskittyvän jatkossa liikkuvuuden parantamiseen. Samoin kehittyneen johtamisjärjestelmän integroiminen heitinajoneuvoon on todennäköistä lähitulevaisuudessa.

Puolustusvoimat 2030-luvun Suomessa

Tässä tutkielmassa on selvitetty suomalaisen yhteiskunnan tilaa vuonna 2030 ja pyritty löytämään tekijöitä, jotka vaikuttavat myös Puolustusvoimien toimintaan tavalla tai toisella. Työ on valittu sotatekniikan aihepankista ja sen on sinne esittänyt Maavoimien esikunta. Tutkimusta on mahdollista käyttää strategisen suunnittelun taustamateriaalina. Tutkimuksen pääkysymys on: ”Millainen on Suomi vuonna 2030?” Tutkimuksessa on käytetty PESTE -analyysia, joka tekee tutkimuksesta poikkitieteellisen. Tutkimusmenetelmänä on käytetty toimintaympäristön muutosten tarkastelua, joka on yksi tulevaisuudentutkimuksen menetelmistä. Tämä on toteutettu asiakirjatutkimuksena, sekä poimimalla uutisvirrasta tarkasteltavien asioiden kehityksistä kertovia artikkeleita. Tutkimuksen ensimmäisessä pääluvussa esitetään Puolustusvoimat tarkastellen sille laissa määritettyjä tehtäviä. Luvut 3-7 ovat PESTE -analyysin alalukuja, joissa siis käsitellään poliittisia, taloudellisia, sosiaalisia, teknologisia ja ekologisia muutosvoimia. Johtopäätöksissä pohditaan tulevaisuuden kehitysnäkymiä sekä pohditaan jatkotutkimusaiheita. Johtopäätöksissä ei tutkimuksen pääkysymyksestä huolimatta vastata suoraan, millainen Suomi on vuonna 2030, koska olisi suoranainen ihme, mikäli vastaus olisi oikea. Sen sijaan johtopäätöksissä kuvataan selkeiltä näyttäviä kehityskulkuja ja pohditaan kuinka Puolustusvoimat voi näihin varautua. Selkeimpiä tulevaisuuden näkymiä Puolustusvoimien näkökulmasta on kybervaikuttamisen lisääntyminen ja siihen liittyvien teknologioiden käyttöönotto. Myös informaation hallinta nousee jatkossa entistä merkittävämpään rooliin. Kotimaassa tuotettavien polttoaineiden käytöllä voitaisiin parantaa huoltovarmuutta, sekä tukea kotimaista teollisuutta. Valtion heikko taloustilanne ei juuri tällä hetkellä vaikuta merkittävästi Puolustusvoimien rahoitukseen, mutta pidemmällä aikavälillä se voi aiheuttaa ongelmia. Yhteiskunnan rakenne ja arvomaailma ovat muutoksessa, mikä heijastuu mahdollisesti yhteiskunnan kriisinsietokykyyn. Arktisen alueen merkitys kasvaa ja vaikuttaa moniin tekijöihin, ja siinä piilee niin uhkia kuin mahdollisuuksia. Poliittisista tekijöistä ehkä keskeisin on Suomen liittoutumiskysymys. Lisäksi monet poliittiset muutosvoimat voivat vaikuttaa tulevaisuuteen merkittävästi, mutta niiden vaikutuksia ei tässä tutkimuksessa arvioitu.

Extreme Observables and Optimal Measurements in Quantum Theory

Optimization of quantum measurement processes has a pivotal role in carrying out better, more accurate or less disrupting, measurements and experiments on a quantum system. Especially, convex optimization, i.e., identifying the extreme points of the convex sets and subsets of quantum measuring devices plays an important part in quantum optimization since the typical figures of merit for measuring processes are affine functionals. In this thesis, we discuss results determining the extreme quantum devices and their relevance, e.g., in quantum-compatibility-related questions. Especially, we see that a compatible device pair where one device is extreme can be joined into a single apparatus essentially in a unique way. Moreover, we show that the question whether a pair of quantum observables can be measured jointly can often be formulated in a weaker form when some of the observables involved are extreme. Another major line of research treated in this thesis deals with convex analysis of special restricted quantum device sets, covariance structures or, in particular, generalized imprimitivity systems. Some results on the structure ofcovariant observables and instruments are listed as well as results identifying the extreme points of covariance structures in quantum theory. As a special case study, not published anywhere before, we study the structure of Euclidean-covariant localization observables for spin-0-particles. We also discuss the general form of Weyl-covariant phase-space instruments. Finally, certain optimality measures originating from convex geometry are introduced for quantum devices, namely, boundariness measuring how ‘close’ to the algebraic boundary of the device set a quantum apparatus is and the robustness of incompatibility quantifying the level of incompatibility for a quantum device pair by measuring the highest amount of noise the pair tolerates without becoming compatible. Boundariness is further associated to minimum-error discrimination of quantum devices, and robustness of incompatibility is shown to behave monotonically under certain compatibility-non-decreasing operations. Moreover, the value of robustness of incompatibility is given for a few special device pairs.

MACVIA clinical decision algorithm in adolescents and adults with allergic rhinitis

Copyright © 2016 The Authors. Published by Elsevier Inc. All rights reserved.

Novel Genetic Determinants of Diabetic Kidney Disease

Diabetic kidney disease (DKD) is a devastating diabetes complication, with known heritability not fully revealed by previous genetics studies. We performed the largest genome-wide association study of type 1 DKD to date, in a 13-cohort consortium of 15,590 individuals of European ancestry genotyped on the Illumina HumanCoreExome Beadchip, which allows exploration of coding variation in addition to genomic markers.

As prior work has shown that different characterizations of the DKD phenotype highlight distinct genetic associations, we investigated a spectrum of DKD definitions based on proteinuria and renal function criteria. Controls were DKD-free after a minimum of 15 years diabetes duration; cases had diabetes for at least 10 years prior to DKD diagnosis. We also performed a quantitative trait analysis of estimated glomerular filtration rate in all participants.

Our top finding was a missense mutation in COL4A3, rs55703767 (Asp326Tyr); the minor allele is common in Europeans (20%) and East Asians (13%) but not Africans (2%). This SNP had a genome-wide significant association with traditionally defined DKD (macroalbuminuria or end-stage renal disease [ESRD], (OR= 0.79, P=1.9×10-9), and a suggestive association with macroalbuminuria (OR= 0.79, P=1.6×10-6) and ESRD (OR= 0.79, P=4.5×10-5) individually. Though its PolyPhen score is 0.3 (benign), this SNP has been implicated as a splice site disruptor.

The COL4A3 gene encodes the alpha 3 subunit of Type IV collagen, the major structural component of basement membranes. Pathogenic mutations in COL4A3 have been identified in thin basement membrane nephropathy, familial focal segmental glomerulosclerosis, and Alport syndrome. A proxy (r2=0.6) for rs55703767 had no significant associations in the CKDGen consortium, suggesting its pathogenicity occurs solely in the setting of hyperglycemia.

By significantly increasing sample size we have discovered a novel locus underlying DKD risk, paving the way for better understanding of pathology, prevention, and treatment.

Calibration and simulations of SIXS-P's response to energetic particles

The Solar Intensity X-ray and particle Spectrometer (SIXS) on board BepiColombo's Mercury Planetary Orbiter (MPO) will study solar energetic particles moving towards Mercury and solar X-rays on the dayside of Mercury. The SIXS instrument consists of two detector sub-systems; X-ray detector SIXS-X and particle detector SIXS-P. The SIXS-P subdetector will detect solar energetic electrons and protons in a broad energy range using a particle telescope approach with five outer Si detectors around a central CsI(Tl) scintillator. The measurements made by the SIXS instrument are necessary for other instruments on board the spacecraft. SIXS data will be used to study the Solar X-ray corona, solar flares, solar energetic particles, the Hermean magnetosphere, and solar eruptions. The SIXS-P detector was calibrated by comparing experimental measurement data from the instrument with Geant4 simulation data. Calibration curves were produced for the different side detectors and the core scintillator for electrons and protons, respectively. The side detector energy response was found to be linear for both electrons and protons. The core scintillator energy response to protons was found to be non-linear. The core scintillator calibration for electrons was omitted due to insufficient experimental data. The electron and proton acceptance of the SIXS-P detector was determined with Geant4 simulations. Electron and proton energy channels are clean in the main energy range of the instrument. At higher energies, protons and electrons produce non-ideal response in the energy channels. Due to the limited bandwidth of the spacecraft's telemetry, the particle measurements made by SIXS-P have to be pre-processed in the data processing unit of the SIXS instrument. A lookup table was created for the pre-processing of data with Geant4 simulations, and the ability of the lookup table to provide spectral information from a simulated electron event was analysed. The lookup table produces clean electron and proton channels and is able to separate protons and electrons. Based on a simulated solar energetic electron event, the incident electron spectrum cannot be determined from channel particle counts with a standard analysis method.