Ultrastructural analysis of neuronal plasticity in the adult mouse

ABSTRACT Adult neuronal plasticity is a term that corresponds to a set of biological mechanisms allowing a neuronal circuit to respond and adapt to modifications of the received inputs. Mystacial whiskers of the mouse are the starting point of a major sensory pathway that provides the animal with information from its immediate environment. Through whisking, information is gathered that allows the animal to orientate itself and to recognize objects. This sensory system is crucial for nocturnal behaviour during which vision is not of much use. Sensory information of the whiskers are sent via brainstem and thalamus to the primary somatosensory area (S1) of the cerebral cortex in a strictly topological manner. Cell bodies in the layer N of S 1 are arranged in ring forming structures called barrels. As such, each barrel corresponds to the cortical representation in layer IV of a single whisker follicle. This histological feature allows to identify with uttermost precision the part of the cortex devoted to a given whisker and to study modifications induced by different experimental conditions. The condition used in the studies of my thesis is the passive stimulation of one whisker in the adult mouse for a period of 24 hours. It is performed by glueing a piece of metal on one whisker and placing the awake animal in a cage surrounded by an electromagnetic coil that generates magnetic field burst inducing whisker movement at a given frequency during 24 hours. I analysed the ultrastructure of the barrel corresponding the stimulated whisker using serial sections electron microscopy and computer-based three-dimensional reconstructions; analysis of neighbouring, unstimulated barrels as well as those from unstimulated mice served as control. The following elements were structurally analyzed: the spiny dendrites, the axons of excitatory as well as inhibitory cells, their connections via synapses and the astrocytic processes. The density of synapses and spines is upregulated in a barrel corresponding to a stimulated whisker. This upregulation is absent in the BDNF heterozygote mice, indicating that a certain level of activity-dependent released BDNF is required for synaptogenesis in the adult cerebral cortex. Synpaptogenesis is correlated with a modification of the astrocytes that place themselves in closer vicinity of the excitatory synapses on spines. Biochemical analysis revealed that the astrocytes upregulate the expression of transporters by which they internalise glutamate, the neurotransmitter responsible for the excitatory response of cortical neurons. In the final part of my thesis, I show that synaptogenesis in the stimulated barrel is due to the increase in the size of excitatory axonal boutons that become more frequently multisynaptic, whereas the inhibitory axons do not change their morphology but form more synapses with spines apposed to them. Taken together, my thesis demonstrates that all the cellular elements present in the neuronal tissue of the adult brain contribute to activity-dependent cortical plasticity and form part of a mechanism by which the animal responds to a modified sensory experience. Throughout life, the neuronal circuit keeps the faculty to adapt its function. These adaptations are partially transitory but some aspects remain and could be the structural basis of a memory trace in the cortical circuit. RESUME La plasticité neuronale chez l'adulte désigne un ensemble de mécanismes biologiques qui permettent aux circuits neuronaux de répondre et de s'adapter aux modifications des stimulations reçues. Les vibrisses des souris sont un système crucial fournissant des informations sensorielles au sujet de l'environnement de l'animal. L'information sensorielle collectée par les vibrisses est envoyée via le tronc cérébral et le thalamus à l'aire sensorielle primaire (S 1) du cortex cérébral en respectant strictement la somatotopie. Les corps cellulaires dans la couche IV de S 1 sont organisés en anneaux délimitant des structures nommées tonneaux. Chaque tonneau reçoit l'information d'une seule vibrisse et l'arrangement des tonneaux dans le cortex correspond à l'arrangement des vibrisses sur le museau de la souris. Cette particularité histologique permet de sélectionner avec certitude la partie du cortex dévolue à une vibrisse et de l'étudier dans diverses conditions. Le paradigme expérimental utilisé dans cette thèse est la stimulation passive d'une seule vibrisse durant 24 heures. Pour ce faire, un petit morceau de métal est collé sur une vibrisse et la souris est placée dans une cage entourée d'une bobine électromagnétique générant un champ qui fait vibrer le morceau de métal durant 24 heures. Nous analysons l'ultrastructure du cortex cérébral à l'aide de la microscopie électronique et des coupes sériées permettant la reconstruction tridimensionnelle à l'aide de logiciels informatiques. Nous observons les modifications des structures présentes : les dendrites épineuses, les axones des cellules excitatrices et inhibitrices, leurs connections par des synapses et les astrocytes. Le nombre de synapses et d'épines est augmenté dans un tonneau correspondant à une vibrisse stimulée 24 heures. Basé sur cela, nous montrons dans ces travaux que cette réponse n'est pas observée dans des souris hétérozygotes BDNF+/-. Cette neurotrophine sécrétée en fonction de l'activité neuronale est donc nécessaire pour la synaptogenèse. La synaptogenèse est accompagnée d'une modification des astrocytes qui se rapprochent des synapses excitatrices au niveau des épines dendritiques. Ils expriment également plus de transporteurs chargés d'internaliser le glutamate, le neurotransmetteur responsable de la réponse excitatrice des neurones. Nous montrons aussi que les axones excitateurs deviennent plus larges et forment plus de boutons multi-synaptiques à la suite de la stimulation tandis que les axones inhibiteurs ne changent pas de morphologie mais forment plus de synapses avec des épines apposées à leur membrane. Tous les éléments analysés dans le cerveau adulte ont maintenu la capacité de réagir aux modifications de l'activité neuronale et répondent aux modifications de l'activité permettant une constante adaptation à de nouveaux environnements durant la vie. Les circuits neuronaux gardent la capacité de créer de nouvelles synapses. Ces adaptations peuvent être des réponses transitoires aux stimuli mais peuvent aussi laisser une trace mnésique dans les circuits.

A new early and automated MRI-based predictor of motor improvement after stroke.

OBJECTIVES: In this study, we investigated the structural plasticity of the contralesional motor network in ischemic stroke patients using diffusion magnetic resonance imaging (MRI) and explored a model that combines a MRI-based metric of contralesional network integrity and clinical data to predict functional outcome at 6 months after stroke. METHODS: MRI and clinical examinations were performed in 12 patients in the acute phase, at 1 and 6 months after stroke. Twelve age- and gender-matched controls underwent 2 MRIs 1 month apart. Structural remodeling after stroke was assessed using diffusion MRI with an automated measurement of generalized fractional anisotropy (GFA), which was calculated along connections between contralesional cortical motor areas. The predictive model of poststroke functional outcome was computed using a linear regression of acute GFA measures and the clinical assessment. RESULTS: GFA changes in the contralesional motor tracts were found in all patients and differed significantly from controls (0.001 ≤ p < 0.05). GFA changes in intrahemispheric and interhemispheric motor tracts correlated with age (p ≤ 0.01); those in intrahemispheric motor tracts correlated strongly with clinical scores and stroke sizes (p ≤ 0.001). GFA measured in the acute phase together with a routine motor score and age were a strong predictor of motor outcome at 6 months (r(2) = 0.96, p = 0.0002). CONCLUSION: These findings represent a proof of principle that contralesional diffusion MRI measures may provide reliable information for personalized rehabilitation planning after ischemic motor stroke. Neurology® 2012;79:39-46.

Mechanisms underlying functional recovery after in vivo focal cerebral ischemia : from preconditioning to diffusion MRI

Version abregée L'ischémie cérébrale est la troisième cause de mort dans les pays développés, et la maladie responsable des plus sérieux handicaps neurologiques. La compréhension des bases moléculaires et anatomiques de la récupération fonctionnelle après l'ischémie cérébrale est donc extrêmement importante et représente un domaine d'intérêt crucial pour la recherche fondamentale et clinique. Durant les deux dernières décennies, les chercheurs ont tenté de combattre les effets nocifs de l'ischémie cérébrale à l'aide de substances exogènes qui, bien que testées avec succès dans le domaine expérimental, ont montré un effet contradictoire dans l'application clinique. Une approche différente mais complémentaire est de stimuler des mécanismes intrinsèques de neuroprotection en utilisant le «modèle de préconditionnement» : une brève insulte protège contre des épisodes d'ischémie plus sévères à travers la stimulation de voies de signalisation endogènes qui augmentent la résistance à l'ischémie. Cette approche peut offrir des éléments importants pour clarifier les mécanismes endogènes de neuroprotection et fournir de nouvelles stratégies pour rendre les neurones et la glie plus résistants à l'attaque ischémique cérébrale. Dans un premier temps, nous avons donc étudié les mécanismes de neuroprotection intrinsèques stimulés par la thrombine, un neuroprotecteur «préconditionnant» dont on a montré, à l'aide de modèles expérimentaux in vitro et in vivo, qu'il réduit la mort neuronale. En appliquant une technique de microchirurgie pour induire une ischémie cérébrale transitoire chez la souris, nous avons montré que la thrombine peut stimuler les voies de signalisation intracellulaire médiées par MAPK et JNK par une approche moléculaire et l'analyse in vivo d'un inhibiteur spécifique de JNK (L JNK) .Nous avons également étudié l'impact de la thrombine sur la récupération fonctionnelle après une attaque et avons pu démontrer que ces mécanismes moléculaires peuvent améliorer la récupération motrice. La deuxième partie de cette étude des mécanismes de récupération après ischémie cérébrale est basée sur l'investigation des bases anatomiques de la plasticité des connections cérébrales, soit dans le modèle animal d'ischémie transitoire, soit chez l'homme. Selon des résultats précédemment publiés par divers groupes ,nous savons que des mécanismes de plasticité aboutissant à des degrés divers de récupération fonctionnelle sont mis enjeu après une lésion ischémique. Le résultat de cette réorganisation est une nouvelle architecture fonctionnelle et structurelle, qui varie individuellement selon l'anatomie de la lésion, l'âge du sujet et la chronicité de la lésion. Le succès de toute intervention thérapeutique dépendra donc de son interaction avec la nouvelle architecture anatomique. Pour cette raison, nous avons appliqué deux techniques de diffusion en résonance magnétique qui permettent de détecter les changements de microstructure cérébrale et de connexions anatomiques suite à une attaque : IRM par tenseur de diffusion (DT-IR1V) et IRM par spectre de diffusion (DSIRM). Grâce à la DT-IRM hautement sophistiquée, nous avons pu effectuer une étude de follow-up à long terme chez des souris ayant subi une ischémie cérébrale transitoire, qui a mis en évidence que les changements microstructurels dans l'infarctus ainsi que la modification des voies anatomiques sont corrélés à la récupération fonctionnelle. De plus, nous avons observé une réorganisation axonale dans des aires où l'on détecte une augmentation d'expression d'une protéine de plasticité exprimée dans le cône de croissance des axones (GAP-43). En appliquant la même technique, nous avons également effectué deux études, rétrospective et prospective, qui ont montré comment des paramètres obtenus avec DT-IRM peuvent monitorer la rapidité de récupération et mettre en évidence un changement structurel dans les voies impliquées dans les manifestations cliniques. Dans la dernière partie de ce travail, nous avons décrit la manière dont la DS-IRM peut être appliquée dans le domaine expérimental et clinique pour étudier la plasticité cérébrale après ischémie. Abstract Ischemic stroke is the third leading cause of death in developed countries and the disease responsible for the most serious long-term neurological disability. Understanding molecular and anatomical basis of stroke recovery is, therefore, extremely important and represents a major field of interest for basic and clinical research. Over the past 2 decades, much attention has focused on counteracting noxious effect of the ischemic insult with exogenous substances (oxygen radical scavengers, AMPA and NMDA receptor antagonists, MMP inhibitors etc) which were successfully tested in the experimental field -but which turned out to have controversial effects in clinical trials. A different but complementary approach to address ischemia pathophysiology and treatment options is to stimulate and investigate intrinsic mechanisms of neuroprotection using the "preconditioning effect": applying a brief insult protects against subsequent prolonged and detrimental ischemic episodes, by up-regulating powerful endogenous pathways that increase resistance to injury. We believe that this approach might offer an important insight into the molecular mechanisms responsible for endogenous neuroprotection. In addition, results from preconditioning model experiment may provide new strategies for making brain cells "naturally" more resistant to ischemic injury and accelerate their rate of functional recovery. In the first part of this work, we investigated down-stream mechanisms of neuroprotection induced by thrombin, a well known neuroprotectant which has been demonstrated to reduce stroke-induced cell death in vitro and in vivo experimental models. Using microsurgery to induce transient brain ischemia in mice, we showed that thrombin can stimulate both MAPK and JNK intracellular pathways through a molecular biology approach and an in vivo analysis of a specific kinase inhibitor (L JNK1). We also studied thrombin's impact on functional recovery demonstrating that these molecular mechanisms could enhance post-stroke motor outcome. The second part of this study is based on investigating the anatomical basis underlying connectivity remodeling, leading to functional improvement after stroke. To do this, we used both a mouse model of experimental ischemia and human subjects with stroke. It is known from previous data published in literature, that the brain adapts to damage in a way that attempts to preserve motor function. The result of this reorganization is a new functional and structural architecture, which will vary from patient to patient depending on the anatomy of the damage, the biological age of the patient and the chronicity of the lesion. The success of any given therapeutic intervention will depend on how well it interacts with this new architecture. For this reason, we applied diffusion magnetic resonance techniques able to detect micro-structural and connectivity changes following an ischemic lesion: diffusion tensor MRI (DT-MRI) and diffusion spectrum MRI (DS-MRI). Using DT-MRI, we performed along-term follow up study of stroke mice which showed how diffusion changes in the stroke region and fiber tract remodeling is correlating with stroke recovery. In addition, axonal reorganization is shown in areas of increased plasticity related protein expression (GAP 43, growth axonal cone related protein). Applying the same technique, we then performed a retrospective and a prospective study in humans demonstrating how specific DTI parameters could help to monitor the speed of recovery and show longitudinal changes in damaged tracts involved in clinical symptoms. Finally, in the last part of this study we showed how DS-MRI could be applied both to experimental and human stroke and which perspectives it can open to further investigate post stroke plasticity.

An Empirical Study on Faculty Perceptions and Teaching Practices of Wikipedia

Some faculty members from different universities around the world have begun to use Wikipedia as a teaching tool in recent years. These experiences show, in most cases, very satisfactory results and a substantial improvement in various basic skills, as well as a positive influence on the students' motivation. Nevertheless and despite the growing importance of e-learning methodologies based on the use of the Internet for higher education, the use of Wikipedia as a teaching resource remains scarce among university faculty.Our investigation tries to identify which are the main factors that determine acceptance or resistance to that use. We approach the decision to use Wikipedia as a teaching tool by analyzing both the individual attributes of faculty members and the characteristics of the environment where they develop their teaching activity. From a specific survey sent to all faculty of the Universitat Oberta de Catalunya (UOC), pioneer and leader in online education in Spain, we have tried to infer the influence of these internal and external elements. The questionnaire was designed to measure different constructs: perceived quality of Wikipedia, teaching practices involving Wikipedia, use experience, perceived usefulness and use of 2.0 tools. Control items were also included for gathering information on gender, age, teaching experience, academic rank, and area of expertise.Our results reveal that academic rank, teaching experience, age or gender, are not decisive factors in explaining the educational use of Wikipedia. Instead, the decision to use it is closely linked to the perception of Wikipedia's quality, the use of other collaborative learning tools, an active attitude towards web 2.0 applications, and connections with the professional non-academic world. Situational context is also very important, since the use is higher when faculty members have got reference models in their close environment and when they perceive it is positively valued by their colleagues. As far as these attitudes, practices and cultural norms diverge in different scientific disciplines, we have also detected clear differences in the use of Wikipedia among areas of academic expertise. As a consequence, a greater application of Wikipedia both as a teaching resource and as a driver for teaching innovation would require much more active institutional policies and some changes in the dominant academic culture among faculty members.

The effects of losartan on renal function in the newborn rabbit.

The low GFR of newborns is maintained by various factors including the renin-angiotensin system. We previously established the importance of angiotensin II in the newborn kidney, using the angiotensin-converting enzyme inhibitor perindoprilat. The present study was designed to complement these observations by evaluating the role of angiotensin-type 1 (AT(1)) receptors, using losartan, a specific AT(1)-receptor blocker. Increasing doses of losartan were infused into anesthetized, ventilated, newborn rabbits. Renal function and hemodynamic variables were assessed using inulin and para-aminohippuric acid clearances as markers of GFR and renal plasma flow, respectively. Losartan 0.1 mg/kg slightly decreased mean blood pressure (-11%) and increased diuresis (+22%). These changes can be explained by inhibition of the AT(1)-mediated vasoconstrictive and antidiuretic effects of angiotensin, and activation of vasodilating and diuretic AT(2) receptors widely expressed in the neonatal period. GFR and renal blood flow were not modified. Losartan 0.3 mg/kg decreased mean blood pressure significantly (-15%), probably by inhibiting systemic AT(1) receptors. GFR significantly decreased (-25%), whereas renal blood flow remained stable. The decrease in filtration fraction (-21%) indicates predominant efferent vasodilation. At 3 mg/kg, the systemic hypotensive effect of losartan was marked (mean blood pressure, -28%), with decreased GFR and renal blood flow (-57% and -51%, respectively), a stable filtration fraction, and an increase in renal vascular resistance by 124%. The renal response to this dose can be considered as reflex vasoconstriction of afferent and efferent arterioles, rather than specific receptor antagonism. We conclude that under physiologic conditions, the renin-angiotensin is critically involved in the maintenance of GFR in the immature kidney.

Linear and nonlinear terrain deformation maps from a reduced set of interferometric SAR images

In this paper, an advanced technique for the generation of deformation maps using synthetic aperture radar (SAR) data is presented. The algorithm estimates the linear and nonlinear components of the displacement, the error of the digital elevation model (DEM) used to cancel the topographic terms, and the atmospheric artifacts from a reduced set of low spatial resolution interferograms. The pixel candidates are selected from those presenting a good coherence level in the whole set of interferograms and the resulting nonuniform mesh tessellated with the Delauney triangulation to establish connections among them. The linear component of movement and DEM error are estimated adjusting a linear model to the data only on the connections. Later on, this information, once unwrapped to retrieve the absolute values, is used to calculate the nonlinear component of movement and atmospheric artifacts with alternate filtering techniques in both the temporal and spatial domains. The method presents high flexibility with respect to the required number of images and the baselines length. However, better results are obtained with large datasets of short baseline interferograms. The technique has been tested with European Remote Sensing SAR data from an area of Catalonia (Spain) and validated with on-field precise leveling measurements.

Timing of Capacity Change: Models for Capital Intensive Industry

The suitable timing of capacity investments is a remarkable issue especially in capital intensive industries. Despite its importance, fairly few studies have been published on the topic. In the present study models for the timing of capacity change in capital intensive industry are developed. The study considers mainly the optimal timing of single capacity changes. The review of earlier research describes connections between cost, capacity and timing literature, and empirical examples are used to describe the starting point of the study and to test the developed models. The study includes four models, which describe the timing question from different perspectives. The first model, which minimizes unit costs, has been built for capacity expansion and replacement situations. It is shown that the optimal timing of an investment can be presented with the capacity and cost advantage ratios. After the unit cost minimization model the view is extended to the direction of profit maximization. The second model states that early investments are preferable if the change of fixed costs is small compared to the change of the contribution margin. The third model is a numerical discounted cash flow model, which emphasizes the roles of start-up time, capacity utilization rate and value of waiting as drivers of the profitable timing of a project. The last model expands the view from project level to company level and connects the flexibility of assets and cost structures to the timing problem. The main results of the research are the solutions of the models and analysis or simulations done with the models. The relevance and applicability of the results are verified by evaluating the logic of the models and by numerical cases.

Lähiverkkojen yhdistäminen ja etäkäyttö

Yrityksillä on toimipisteissään käytössä lähiverkkoja, joiden toivotaan olevan yhtey-dessä toisiinsa, jostoimipisteitä on useita. Työntekijöiden etätyömahdollisuudet tai ainakin järjestelmien ylläpito edellyttävät toimivia etäkäyttöyhteyksiä näihin järjes-telmiin.Työn teoriaosassa tutustutaan lähiverkkojen yhdistämis- ja etäkäyttötapoihin. Käytännön osassa toteutetaan toimipisteiden lähiverkkojen yhdistäminen Internetinkautta VPN-yhteyksillä sekä työntekijöiden etäkäyttöyhteydet Microsoft Windows 2003 Serverin RRAS-palvelulla ja Windows XP:n asiakasohjelmalla. Erityispiirteenä toteutuksessa oli pienen noin kymmenen hengen yrityksen useat toi-mipisteet, joiden lukumäärä ja sijainti vaihtelevat jonkin verran vuosittain. Lisäksi osassatoimipisteistä oli jo valmiiksi lähiverkkojen yhdistämispalvelu pitkällä sopi-muksella. Toteutettu järjestelmä on kuitenkin sellaisenaan sovelias niin pienemmän kuin isommankin kokonaisuuden toteuttamiseen myös ilman näitä erityispiirteitä.

Paperikoneen käyttöönoton onnistumisen riippuvuus valmistelutyöstä

Paperikoneinvestointi toteutetaan projekteina, joista muodostuvaa ketjua kutsutaan projektien elinkaareksi. Toteutusketjun viimeinen lenkki on käynnistykseen huipentuva käyttöönotto. Hyvä käyttöönotto palvelee investointia. Käyttöönotoissa koetaan erilaisia ongelmatilanteita, joista osa on satunnaisesti tai usein toistuvia. Investoinnin onnistumisen ja aikataulun asettama paine luo tilanteiden selvittämiseen erityishaasteita. Aina ei selvitä ilman takaiskuja. Tutkimustavoitteena oli kartoittaa käyttöönoton yleiset ongelmat ja niiden yhteydet projektihistoriaan, sekä ne projektinhallinnan osa-alueet, joita parantamalla varmistetaan käyttöönoton ja investoinnin onnistuminen. Tutkimus pohjautuu erilaisistainvestointiprojekteista ja käyttöönotoista saatuihin kokemuksiin, haastatteluihin (3 kpl) ja kyselypalautteeseen (42 kpl). Investoinnin onnistumisedellytykset luodaan projektihistoriassa, käyttöönotossa ne viimeistellään. Onnistuminen mitataan tuotto-odotusten saavuttamisena aikataulussa, johon vaikuttavia tekijöitä ovat tuotannon hallinta, käyttövarmuus ja markkinat. Käyttöönoton onnistumista tulee arvioida käyttöönottotehtävistäsuoriutumisen pohjalta, ei pelkästään investoinnille asetettujen aikataulu- ja tuotantotavoitteiden (laatu, määrä, hallinta) saavuttamisena, kuten usein tapahtuu. Tulosten perusteella käyttöönoton merkittävimmät ongelmat ovat tiedonkulun puutteet, ohjelmallisten korjausten suuri määrä ja palautumisajan riittämättömyys. Tärkeimmät painotukset ovat laiterikkojen estäminen, ohjelmavirheiden korjaaminen ja henkilöstön osaamisen varmentaminen. Konelinjan vaikeimmin hallittava osa on radan päänvienti. Osapuolten poikkeavat näkökulmat sekä työn laadun merkitys testauksissa, koulutuksissa ja kenttätoiminnoissa nousee tuloksista myös vahvasti esiin. Tutkimus on selvittänyt sille asetetut tavoitteet. Käyttöönoton merkittävimmät ongelmat syntyvät sen lähihistoriassa: testauksissa, koulutuksessa ja kenttätoiminnoissa. Käyttöönoton onnistumiseksi tulee painotusprojektinhallinnassa keskittää käynnistysvaiheen suunnitteluun sekä kenttätoimintojen hallintaan.

Teknologiat ja toteutustavat palvelukeskeiseen arkkitehtuuriin perustuvassa Internet-pohjaisessajärjestelmässä

Palvelukeskeiseen arkkitehtuuriin perustuvia järjestelmiä voidaan kehittää käyttämällä useita vaihtoehtoisia teknologioita. Toteuttamiseen parhaiten soveltuvia teknologioita ovat erilaiset standardikokoelmat, jotka tukevat useiden toisistaan toteutustavaltaan poikkeavien järjestelmien yhdistämistä käyttämällä standardeihin perustuvia rajapintoja. Täten kyseiset kokoelmat tukevat laajojen, useista erillisistä osista koostuvien palvelujärjestelmien kehittämistä. Tässä työssä selvitetään mikä palvelukeskeinen arkkitehtuuri on sekä millaisia komponentteja ja teknologioita kyseiseen arkkitehtuuriin perustuvan palvelujärjestelmän toteuttamiseen tarvitaan. Tavoitteena on esitellä palvelukeskeinen arkkitehtuuri ja siihen liittyvät teknologiat sekä suunnitella korkealla tasolla kyseisiä teknologioita hyödyntävä integraatioalusta käyttäjien ja useiden palvelun tarjoajien yhdistämiseksi. Työn tuloksena syntyvän teknologiaselvitysraportin selvitysluonteen vuoksi työssä ei suunnitella tarkasti toteutettavaa järjestelmää vaan ainoastaanpohjustetaan järjestelmän suunnittelua sekä esitellään siihen liittyviä arkkitehtuuri- ja toteutusmahdollisuuksia. Internet-pohjainen palvelukeskeiseen arkkitehtuuriin perustuva järjestelmä voi perustua suoriinverkon välisiin yhteyksiin tai vaihtoehtoisesti erityyppisiin välitason sovelluksiin. Välitason sovellukset mahdollistavat niiden tyypistä riippuen järjestelmän erilaisten lisäominaisuuksien toteuttamisen ja tukevat useita yleisimpiä palvelukeskeisiä teknologioita. Työn tuloksena syntyneen teknologiaselvityksen perusteella näistä teknologioista Web-palvelu -arkkitehtuuri ja siihen liittyvät menetelmät soveltuvat parhaiten suunniteltavan järjestelmän rakenneosiksi. Järjestelmän tarkemmat toteutustavat riippuvat myöhemmin määriteltävistä yksityiskohtaisista vaatimuksista sekä valittavasta välitason ohjelmiston toteutuksesta.

Regional Innovation Policy: Effect on SMEs in Five EU-Regions

Valtaosa eurooppalaisista yrityksistä on pk-yrityksiä, mutta tästä huolimatta seudullisen innovaatiopolitiikan vaikutusta juuri pk-yrityksiin on tutkittu melko vähän. Tämän tutkimuksen tarkoituksena on luoda yleiskuva pk-yritysten näkemykseen oman seutunsa innovaatiopolitiikasta viidellä EU:n alueella sijaitsevalla seudulla. Kirjallisuuden perusteella rakennettiin seudullista innovaatiopolitiikkaa kuvaava kysely, johon joukko pk-yrityksiä viideltä seudulta vastasi. Kyselyn tulokset kuvailtiin graafisesti, minkä lisäksi etsittiin vastauksiin vaikuttaneita tekijöitä ja yhteyksiä yritysten vastausten välillä. Tutkimus oli luonteeltaan lähinnä kvantitatiivinen. Tutkimus osoittaa, että seudullisessainnovaatiopolitiikassa on vielä paljon kehitettävää, jotta se tavoittaisi kattavasti pk-yritykset. Pk-yritysten tietoisuutta tulisi lisätä, sillä nämä eivät yleisesti ottaen näytä pitävän seudullista innovaatiopolitiikkaa menetykseen vaikuttavana tekijänä tai siihen liittyviä yhteistyömahdollisuuksia tärkeinä omalle toiminnalleen. Erot innovaatiotoiminnan seudullisessa roolissa tulivat esiin tuloksissa. Yritysten vastauksia selittäviä tekijöitä löydettiin, samoin yhteyksiä vastausten välillä, mutta varsinaisten johtopäätösten tekeminen edellyttänee laajempaa tutkimusta

Laajakaistayhteyksien vertailua käyttäjän ja rakennuttajan näkökulmasta

Diplomityön tarkoituksena on selvittää eri laajakaistatekniikoiden ominaisuuksia, ja verrata niitä käyttäjien ja rakennuttajien näkökulmaan. Miten käyttäjätsuhtautuvat tekniikan kehittymiseen, ja mitä he ovat valmiita maksamaan siitä. Ovatko näkemykset rakentajien kanssa samansuuntaisia, vai onko tekniikka edellä käyttäjiä? Näihin kysymyksiin pyrittiin saamaan vastaus tässä diplomityössä haastattelemalla molempia osapuolia ja vertailemalla vastauksia. Laajakaistayhteydet ovat lähes kaikkien saatavilla nykypäivänä. Suurin osa yhteyksistä on toteutettu kuparitekniikoilla, joista ADSL on yleisin kaapeli-TV ratkaisun kanssa. Harvemmin asutuilla tai muuten hankalasti tavoitettavilla alueilla laajakaistayhteydet ovat toteutettu langattomin ratkaisuin WiMAX- tai @450-tekniikoilla. Laajakaistayhteyksien kriteerinä on ollut 256 kbit/s nopeus, mutta nykyään käyttäjien keskiarvo on noussut 2 Mbit/s nopeuteen. Nopeudet vaikuttavat sovelluksiin, mitä voidaan käyttää. Nykyään Internetin kautta on saatavilla monipuolisesti erilaisia sovelluksia ja viestintätapoja. Vaatimukset laajakaistayhteyksiltä ovat erilaisia; toiset vaativat reaaliaikaisuutta ja suurta nopeutta ja samalla toiset tyytyvät vähempään. Kaikille yhteyksille on kuitenkin yhteistä se, että niiden käyttövaatimukset ovat kasvaneet jatkuvasti. Tulevaisuutta onpyritty kartoittamaan tekniikoiden mahdollisesta kehitysnäkökulmasta, sekä sillä, miten muualla maailmassa edetään laajakaistatekniikoiden kanssa. Oman vivahteen kehitykseen tuovat kansalliset tarpeet ja resurssit.

A Graphical Pattern Editor for Java Frameworks

Ohjelmistojen uudelleenkäyttö on hyvin tärkeä käsite ohjelmistotekniikan alueella.Ohjelmistojen uudelleenkäyttötekniikat parantavat ohjelmistokehitysprosessin laatua. Yleisiä ratkaisuja sekä ohjelmiston suunnittelun että arkkitehtuurin uudelleenkäyttöön ovat olio-ohjelmointi ja sovelluskehykset. Tähän asti ei ole ollut olemassa yleisiä tapoja sovelluskehysten erikoistamiseen. Monet nykyääntunnetuista sovelluskehyksistä ovat hyvin suuria ja mutkikkaita. Tällaisten sovelluskehyksien käyttö on monimutkaista myös kokeneille ohjelmoijille. Hyvin dokumentoidut uudelleenkäytettävät sovelluskehyksen rajapinnat parantavat kehyksen käytettävyyttä ja tehostavat myös erikoistamisprosessiakin sovelluskehyksen käyttäjille. Sovelluskehyseditori (framework editor, JavaFrames) on prototyyppityökalu, jota voidaan käyttää yksinkertaistamaan sovelluskehyksen käyttöä. Perusajatus JavaFrames lähestymistavassa ovat erikoistamismallit, joita käytetään kuvamaan sovelluskehyksen uudelleenkäytettäviä rajapintoja. Näihin malleihin perustuen JavaFrames tarjoaa automaattisen lähdekoodi generaattorin, dokumentoinninja arkkitehtuurisääntöjen tarkistuksen. Tämä opinnäyte koskee graafisen mallieditorin kehittämistä JavaFrames ympäristöön. Työssä on laadittu työkalu,jonka avulla voidaan esittää graafisesti erikoistamismalli. Editori sallii uusien mallien luomisen, vanhojen käyttämättä olevien poistamisen, kuten myös yhteyksien lisäämisen mallien välille. Tällainen graafinen tuki JavaFrames ympäristöönvoi huomattavasti yksinkertaistaa sen käyttöä ja tehdä sovellusten kehittämisprosessista joustavamman.

Langaton työympäristö yrityskäyttäjille: Kokonaisratkaisut ja niiden tuotteistus

Langattomuus ja erilaiset mobiilit ratkaisut ovat tulleet jäädäkseen.Langattomiin laitteisiin törmää nykyään päivittäin mitä erilaisimmissa yhteyksissä ja myös yrityksissä on huomattu langattomuuden mukanaan tuoma potentiaali mahdollisuutena tehostaa työntekoa, parantaa tuottavuutta sekä luoda kokonaan uusia toimintamalleja. Tämän työn teettäjänä toimii Datainfo Solutions Lappeenranta.Tarkoituksena oli luoda yrityksen käyttöön langattomia mobiilityöympäristöjä, joita yritys voi hyödyntää tarjotessaan uudentyyppisiä langattomia kokonaisratkaisuja asiakkailleen. Työ käsittelee ensin perusteknologioita, joilla langaton työympäristö voidaan toteuttaa. Tietoturvaosiossa käsitellään ensimmäisessä luvussa esiteltyjen teknologioiden tietoturvaa sekä langattomuuden mukanaan tuomia erityisiä uhkakuvia sekä ratkaisuja näihin tietoturvauhkiin. Langattomuus ja liikkuminen lisäävät luonnollisesti erilaisten etäkäyttöratkaisujen käyttöä, joten työssä esitellään myös etäkäytön teoriapuolta. Diplomityön tuloksena saatiin langaton kokonaisratkaisu, joka sisältää kolme eri asiakassegmenttiäja kuusi erilaista ja -tyyppistä tuotteistusta.

Predicting human resting-state functional connectivity from structural connectivity

In the cerebral cortex, the activity levels of neuronal populations are continuously fluctuating. When neuronal activity, as measured using functional MRI (fMRI), is temporally coherent across 2 populations, those populations are said to be functionally connected. Functional connectivity has previously been shown to correlate with structural (anatomical) connectivity patterns at an aggregate level. In the present study we investigate, with the aid of computational modeling, whether systems-level properties of functional networks-including their spatial statistics and their persistence across time-can be accounted for by properties of the underlying anatomical network. We measured resting state functional connectivity (using fMRI) and structural connectivity (using diffusion spectrum imaging tractography) in the same individuals at high resolution. Structural connectivity then provided the couplings for a model of macroscopic cortical dynamics. In both model and data, we observed (i) that strong functional connections commonly exist between regions with no direct structural connection, rendering the inference of structural connectivity from functional connectivity impractical; (ii) that indirect connections and interregional distance accounted for some of the variance in functional connectivity that was unexplained by direct structural connectivity; and (iii) that resting-state functional connectivity exhibits variability within and across both scanning sessions and model runs. These empirical and modeling results demonstrate that although resting state functional connectivity is variable and is frequently present between regions without direct structural linkage, its strength, persistence, and spatial statistics are nevertheless constrained by the large-scale anatomical structure of the human cerebral cortex.