Energy landscapes, lowest gaps, and susceptibility of elastic manifolds at zero temperature

We study the effect of an external field on (1+1) and (2+1) dimensional elastic manifolds, at zero temperature and with random bond disorder. Due to the glassy energy landscape the configuration of a manifold changes often in abrupt, ``first order'' -type of large jumps when the field is applied. First the scaling behavior of the energy gap between the global energy minimum and the next lowest minimum of the manifold is considered, by employing exact ground state calculations and an extreme statistics argument. The scaling has a logarithmic prefactor originating from the number of the minima in the landscape, and reads $\Delta E_1 \sim L^\theta [\ln(L_z L^{-\zeta})]^{-1/2}$, where $\zeta$ is the roughness exponent and $\theta$ is the energy fluctuation exponent of the manifold, $L$ is the linear size of the manifold, and $L_z$ is the system height. The gap scaling is extended to the case of a finite external field and yields for the susceptibility of the manifolds $\chi_{tot} \sim L^{2D+1-\theta} [(1-\zeta)\ln(L)]^{1/2}$. We also present a mean field argument for the finite size scaling of the first jump field, $h_1 \sim L^{d-\theta}$. The implications to wetting in random systems, to finite-temperature behavior and the relation to Kardar-Parisi-Zhang non-equilibrium surface growth are discussed.Comment: 20 pages, 22 figures, accepted for publication in Eur. Phys. J.

Intermittence and roughening of periodic elastic media

We analyze intermittence and roughening of an elastic interface or domain wall pinned in a periodic potential, in the presence of random-bond disorder in (1+1) and (2+1) dimensions. Though the ensemble average behavior is smooth, the typical behavior of a large sample is intermittent, and does not self-average to a smooth behavior. Instead, large fluctuations occur in the mean location of the interface and the onset of interface roughening is via an extensive fluctuation which leads to a jump in the roughness of order $\lambda$, the period of the potential. Analytical arguments based on extreme statistics are given for the number of the minima of the periodicity visited by the interface and for the roughening cross-over, which is confirmed by extensive exact ground state calculations.Comment: Accepted for publication in Phys. Rev.

Extremal statistics in the energetics of domain walls

We study at T=0 the minimum energy of a domain wall and its gap to the first excited state concentrating on two-dimensional random-bond Ising magnets. The average gap scales as $\Delta E_1 \sim L^\theta f(N_z)$, where $f(y) \sim [\ln y]^{-1/2}$, $\theta$ is the energy fluctuation exponent, $L$ length scale, and $N_z$ the number of energy valleys. The logarithmic scaling is due to extremal statistics, which is illustrated by mapping the problem into the Kardar-Parisi-Zhang roughening process. It follows that the susceptibility of domain walls has also a logarithmic dependence on system size.Comment: Accepted for publication in Phys. Rev.

Eye fluke-induced cataracts in natural fish populations: is there potential for host manipulation?

Manipulation of host phenotype (e.g. behaviour, appearance) is suggested to be a common strategy to enhance transmission in trophically transmitted parasites. However, in many systems, evidence of manipulation comes exclusively from laboratory studies and its occurrence in natural host populations is poorly understood. Here, we examined the potential for host manipulation by Diplostomum eye flukes indirectly by quantifying the physiological effects of parasites on fish. Earlier laboratory studies have shown that Diplostomum infection predisposes fish to predation by birds (definitive hosts of the parasites) by reducing fish vision through cataract formation. However, occurrence of cataracts and the subsequent potential for host manipulation in natural fish populations has remained poorly explored. We studied the occurrence of eye fluke-induced cataracts from 7 common fish species (Gymnocephalus cernuus, Rutilus rutilus, Leuciscus leuciscus, Alburnus alburnus, Osmerus eperlanus, Coregonus lavaretus and Gasterosteus aculeatus) from the Bothnian Bay in the Baltic Sea. We found that the parasite-induced cataracts were common in fish and they also reached high levels which are likely to predispose fish to predation. However, we observed such cataracts only in species with the highest parasite abundances, which suggests that only certain hosts may be strongly affected by the infectio

Acanthocephalan size and sex affect the modification of intermediate host colouration

For trophically transmitted parasites, transitional larval size is often related to fitness. Larger parasites may have higher establishment success and/or adult fecundity, but prolonged growth in the intermediate host increases the risk of failed transmission via natural host mortality. We investigated the relationship between the larval size of an acanthocephalan (Acanthocephalus lucii) and a trait presumably related to transmission, i.e. altered colouration in the isopod intermediate host. In natural collections, big isopods harboured larger worms and had more modified (darker) abdominal colouration than small hosts. Small isopods infected with a male parasite tended to have darker abdominal pigmentation than those infected with a female, but this difference was absent in larger hosts. Female size increases rapidly with host size, so females may have more to gain than males by remaining in and growing mutually with small hosts. In experimental infections, a large total parasite volume was associated with darker host respiratory operculae, especially when it was distributed among fewer worms. Our results suggest that host pigment alteration increases with parasite size, albeit differently for male and female worms. This may be an adaptive strategy if, as parasites grow, the potential for additional growth decreases and the likelihood of host mortality increase

Susceptibility and Percolation in 2D Random Field Ising Magnets

The ground state structure of the two-dimensional random field Ising magnet is studied using exact numerical calculations. First we show that the ferromagnetism, which exists for small system sizes, vanishes with a large excitation at a random field strength dependent length scale. This {\it break-up length scale} $L_b$ scales exponentially with the squared random field, $\exp(A/\Delta^2)$. By adding an external field $H$ we then study the susceptibility in the ground state. If $L>L_b$, domains melt continuously and the magnetization has a smooth behavior, independent of system size, and the susceptibility decays as $L^{-2}$. We define a random field strength dependent critical external field value $\pm H_c(\Delta)$, for the up and down spins to form a percolation type of spanning cluster. The percolation transition is in the standard short-range correlated percolation universality class. The mass of the spanning cluster increases with decreasing $\Delta$ and the critical external field approaches zero for vanishing random field strength, implying the critical field scaling (for Gaussian disorder) $H_c \sim (\Delta -\Delta_c)^\delta$, where $\Delta_c = 1.65 \pm 0.05$ and $\delta=2.05\pm 0.10$. Below $\Delta_c$ the systems should percolate even when H=0. This implies that even for H=0 above $L_b$ the domains can be fractal at low random fields, such that the largest domain spans the system at low random field strength values and its mass has the fractal dimension of standard percolation $D_f = 91/48$. The structure of the spanning clusters is studied by defining {\it red clusters}, in analogy to the ``red sites'' of ordinary site-percolation. The size of red clusters defines an extra length scale, independent of $L$.Comment: 17 pages, 28 figures, accepted for publication in Phys. Rev.

Seasonal changes in host phenotype manipulation by an acanthocephalan: time to be transmitted?

Many complex life cycle parasites exhibit seasonal transmission between hosts. Expression of parasite traits related to transmission, such as the manipulation of host phenotype, may peak in seasons when transmission is optimal. The acanthocephalan Acanthocephalus lucii is primarily transmitted to its fish definitive host in spring. We assessed whether the parasitic alteration of 2 traits (hiding behaviour and coloration) in the isopod intermediate host was more pronounced at this time of year. Refuge use by infected isopods was lower, relative to uninfected isopods, in spring than in summer or fall. Infected isopods had darker abdomens than uninfected isopods, but this difference did not vary between seasons. The level of host alteration was unaffected by exposing isopods to different light and temperature regimes. In a group of infected isopods kept at 4°C, refuge use decreased from November to May, indicating that reduced hiding in spring develops during winter. Keeping isopods at 16°C instead of 4°C resulted in higher mortality but not accelerated changes in host behaviour. Our results suggest that changes in host and/or parasite age, not environmental conditions, underlie the seasonal alteration of host behaviour, but further work is necessary to determine if this is an adaptive parasite strategy to be transmitted in a particular seaso

Minkälainen on miesopettaja?:miesopettajien käsityksiä miesopettajuudesta

Tiivistelmä. Tutkimukseni selvittää sitä, minkälainen on miesopettaja sekä, miten hän kokee työnsä ja minkälaisia käsityksiä hän kohtaa työssään. Tarvetta tutkimukselle on, sillä miesopettajat ovat opetusalalla vähemmistönä ja heitä toivottaisiin olevan alalla enemmän. Tutkimukseni tuottaa kokemuspohjaista tietoa. Tästä syystä tutkimukseni lähestymistapa on fenomenografinen. Aineiston keräsin teemahaastattelulla ja toteutin aineistoanalyysin niin, että luokittelin haastatteluiden kokemukset ja käsitykset niiden merkityksen perusteella, muodostaen kuvauskategoriajärjestelmän kuvaamaan tutkimaani ilmiötä. Lisäksi aineistooni kuului myös visuaalinen osuus siitä, miltä miesopettaja näyttää. Analysoin näitä kuvia tulkiten kuvien viestejä, symboliikkaa sekä merkitystä. Tutkimukseni tulos on, että vaikka miesopettajia alalle toivotaankin, eivät miesopettajat itse koe, että sukupuolella on suurta merkitystä opettajan työssä. Miehisyys tosin antaa etua kurinpitotilanteissa. Erilaisia sukupuolistavia käsityksiä tulee miesopettajan työssä vastaan, mutta he eivät koe roolisuorituspaineita. Miesopettajat näkevät itsensä ja muut nuorekkaina sekä rentoina, mieluusti luokan tapahtumissa mukana. Tutkimukseni otanta on pieni ja sen tuottama tieto laadullista, joten sen tuloksia ei voi yleistää. Tutkimukseni tuloksia voi käyttää ilmiön laajempaan tutkimukseen sekä esimerkkinä kuvaamaan miesopettajien kokemuksia opetusalalla.Abstract. This research brings forth understanding about male experiences of teaching. Primary concerns of this study are: 1) What kind of person is a male teacher? 2), How does he experience the field of education? and 3) How others view him as a teacher and person? There’s a need for this kind of research, because men are a minority in the field of education, and they are a wanted resource. My research produces knowledge, which is based on experiences, therefore my methodological approach is phenomenography. I gathered my research material through a theme interview. I analyzed the material by making categories of the experiences by their significance. Through these categories I formed a description category system to portray the phenomenon of my research. Another element to my material was a visual part, which answers to the question; what the male teacher looks like. The informants of my study drew or described the picture of a male teacher. I analyzed these pictures by decoding the messages, symbols and meanings of the pictures. My research shows that even though field of education desires more males to join the field, men themselves do not think that gender matters in the work of a teacher. Although being a male gives them an advantage in discipline situations. Male teachers had also confronted some conceptions regarding their gender, but they didn’t feel any pressure of portraying a certain role. Male teachers saw themselves and others as youthful and casual, gladly teaching and taking part in the events of the classroom. My research is qualitative and it’s sampling is small therefore my results can’t be generalized. This thesis can work as a basis for a larger study or as an example about male experiences in the field of education

Jälkitavujen eA- ja OA-vokaaliyhtymien variaatio kemiläisnuorten puhekielessä

Tiivistelmä. Olen tutkinut tässä kandidaatintutkielmassani jälkitavujen eA- ja OA-vokaaliyhtymien variaatiota kemiläisnuorten puhekielessä. Olen hankkinut aineistoni syksyllä 2018 tallentamalla neljä noin puolen tunnin mittaista kemiläisten lukiolaisnuorten parikeskustelua. Informantteinani on neljä tyttöä ja neljä poikaa. Tutkielmani edustaa dialektologiaa eli murteentutkimusta ja sosiolingvististä variaationtutkimusta. Tutkimusotteeni on kvantitatiivinen, eli olen tarkastellut, kuinka monta kertaa kielenpiirteiden kutakin varianttia esiintyy ja kuinka suuri suhteellinen osuus niillä on aineistossani. Tavoitteenani on ollut selvittää, millaista variaatiota jälkitavujen eA- ja OA-vokaaliyhtymissä esiintyy ja millaisia sukupuolten välisiä ja muotoryhmittäisiä eroja niiden variaatiossa on nähtävissä. Tutkimustulokseni osoittavat, että assimiloitunut ee on jo yleisin eA-yhtymän variantti kemiläisnuorten puhekielessä. Myös yleiskielinen eA ja Kemin murteessa vanhastaan tunnettu iA edustuvat aineistossani, mutta ne näyttävät jääneen assimiloituneen variantin varjoon. Tätä vastoin OA-yhtymän yleiskielinen OA-variantti on hieman yleisempi kuin assimiloitunut OO-variantti kemiläisnuorten puhekielessä. Kemin murteessa vanhastaan tunnettu UA-variantti ei edustu ollenkaan aineistossani. Tutkimustuloksistani on nähtävissä, että erityisesti tytöt ovat alaa valtaavien piirteiden ja kielellisten innovaatioiden nopeita omaksujia ja levittäjiä. Tämä näkyy aineistossani siten, että tyttöjen puhekielessä ekspansiivinen murreilmiö eli assimiloituneet ee- ja OO-variantit edustuvat suhteellisesti enemmän kuin poikien puhekielessä. Tytöt ovat täten puhekielisempiä kuin pojat, ja pojat puolestaan ovat yleiskielisempiä kuin tytöt. Kemin murteessa vanhastaan tunnetun eA-yhtymän iA-variantin käytössä ei odotustenmukaisesti ole sukupuolten välillä merkittävää eroa. Lisäksi eA- ja OA-yhtymien yleiskieliset ja assimiloituneet variantit edustuvat jokaisessa aineistoni muotoryhmässä. Tätä vastoin iA-varianttia ei esiinny kaikissa eA-yhtymän muotoryhmissä

Jatkuva-aikainen vitaalielintoimintojen monitorointi pienillä lapsilla käyttäen rinnalle asetettavaa sensoria

Tiivistelmä. Tausta: Hengitystaajuus, sydämen syketaajuus ja happisaturaatio (SpO₂) ovat verenpaineen lisäksi kliinisesti tärkeitä indikaattoreita vastasyntyneiden ja kriittisesti sairaiden potilaiden tilan arvioimisessa ja ennustamisessa. Kliinisessä käytössä ei kuitenkaan ole yhdellä sensorilla toteutettavaa jatkuva-aikaista monitorointimenetelmää, joka avulla samanaikainen vitaalielintoimintojen seuranta olisi helposti ja nopeasti aloitettavissa. Työn tarkoitus: Tutkimuksen tavoitteena oli testata ja validoida mittausmenetelmää, jolla mitataan rintakehältä ei-invasiivisesti hengitys- ja syketaajuutta sekä happisaturaatiota. Tässä työssä rintakehälle asetettiin kiihtyvyysanturin lisäksi optinen happisaturaatioanturi sekä testattiin mittausmenetelmän soveltuvuutta erityisesti pienten lasten monitorointiin. Toisen kaulalle sijoitettavan kolmiaksiaalisen kiihtyvyysanturin avulla voidaan estimoida myöhemmin pulssin kulkuaikasignaalia. Tutkimuksen avulla myös pilotoidaan osa laajemman kliinisen tutkimuksen mittausasetelmasta. Menetelmät: Tutkimuksen aineisto kerättiin kotioloissa tehdyillä mittauksilla. Tutkimusjoukko koostui seitsemästä perusterveestä pienestä lapsesta (keskiarvo 2,7 v ja keskihajonta 2,1 v). Mittauksissa kerättiin signaalia rintakehältä sekä optisella anturilla että kiihtyvyysanturilla. Lisäksi kiihtyvyyssignaalia mitattiin kaulalle sijoitettavalla kiihtyvyysanturilla. Raakasignaalin laatua ja mittausasetelman käytettävyyttä arvioitiin eri mittaustilanteissa ja signaalinkäsittelyllä mittaussignaaleista estimoitiin hengitys- ja syketaajuus. Pilotoitavaa tutkimusta varten rakennettiin myös käyttöliittymä, johon yhdistettiin videokuvan tallennus synkronoidusti mittaussignaalien kanssa sekä suunniteltiin mittausasetelma. Tulokset: Mittausmenetelmän todettiin soveltuvan pienten lasten monitorointiin ja mittaukset suoritettiin onnistuneesti eri ikäisiltä lapsilta. Signaalien laatu eri mittaustilanteissa oli hyvää signaalinkäsittelyä varten lähes kaikissa mittauksissa, jolloin niistä voitiin laskea hengitys- ja syketaajuus sekä happisaturaatio. Signaalinkäsittely vaatii kuitenkin lisää kehittämistä, jotta vitaalielintoiminnoista kertovat parametrit ovat tarkkoja ja suodattavat liikehdinnästä aiheutuvat artefaktat riittävän hyvin. Tässä tutkimuksessa saadut happisaturaatioarvot eivät myöskään olleet uskottavia. Mittausasetelma kokonaisuudessaan oli käytännöllisesti toteutettavissa pienten lasten jatkuva-aikaiseen monitorointiin kotioloissa. Johtopäätökset: Käytettyä menetelmää on aiemmin testattu onnistuneesti mitattaessa vitaalielintoimintoja aikuisilta (Myllylä et al., 2017). Tähän tutkimukseen perustuen hengitystä, sydämen sykettä ja happisaturaatiota on mahdollista mitata helposti myös pieniltä lapsilta, mutta mittausmenetelmän validoinnille on vielä tarvetta. Jatkotutkimuksessa mittausmenetelmää soveltuvuutta tutkitaan keskosten monitoroinnissa sekä tutkitaan vastasyntyneiden kotimonitoroinnin mahdollisuuksia sähköisiin terveydenhuoltopalveluihin yhdistettynä.Continuous monitoring of vital functions in small children using wearable sensor on the chest. Abstract. Background: Respiratory rate, heart rate, and oxygen saturation (SpO₂) are important parameters for vital functions providing important information to identify a critically ill patient. However, neither in clinical nor in home use, there is a single sensor available that can monitor all these vital signals simultaneously and reliable. Objective: The aim of the study was to test and validate a measurement method for measuring respiratory rate, heart rate and oxygen saturation non-invasively on the chest. In this work, in addition to the accelerometer, an optical oxygen saturation sensor was placed on the chest and the applicability of the measurement method was tested, especially for monitoring of small children. The second tri-axial accelerometer located on the neck can be used to estimate the pulse transit time signal. The study also piloted part of a broader clinical trial measurement setup. Methods: The research material was collected by home measurements. The study group consisted of seven healthy small children (mean age 2,7 y and standard deviation 2,1 y). Measurements were taken from the chest using both an optical sensor and an accelerometer. In addition, the accelerometer was placed on the neck. The quality of the raw signal and the usability of the measurement setup were evaluated in different measurement situations, and the respiratory rate, heart rate and oxygen saturation were estimated from the measurement signals by signal processing. The user interface was also designed for a pilot study, which will combine video recording in synchronization with measurement signals. Results: The measurement method was found to be suitable for monitoring small children and measurements were successfully performed on children of different ages. The raw signal quality in various measurement situations was acceptable in almost all cases so that respiratory and heart rates as well as SpO₂ could be calculated. However, signal processing requires further development in order to ensure sufficiently accurate data also during movements of children which seemed to cause great deal of artefacts. Also, the oxygen saturation values were not credible. The whole measurement setup was practically feasible for continuous monitoring of small children at home. Conclusion: Based on this study, respiration, heart rate, and SpO₂ can be easily measured, even from small children, but there is still a need for further validation. In the follow-up study, the measurement method will be used also to monitor premature infants in hospital, as well as to explore the potential of home monitoring of small children and newborns in combination with eHealth services