A computational simulation of long-term synaptic potentiation inducing protocol processes with model of CA3 hippocampal microcircuit

An experimental study of computational model of the CA3 region presents cog­nitive and behavioural functions the hippocampus. The main property of the CA3 region is plastic recurrent connectivity, where the connections allow it to behave as an auto-associative memory. The computer simulations showed that CA3 model performs efficient long-term synaptic potentiation (LTP) induction and high rate of sub-millisecond coincidence detection. Average frequency of the CA3 pyramidal cells model was substantially higher in simulations with LTP induction protocol than without the LTP. The entropy of pyramidal cells with LTP seemed to be significantly higher than without LTP induction protocol (p = 0.0001). There was depression of entropy, which was caused by an increase of forgetting coefficient in pyramidal cells simulations without LTP (R = –0.88, p = 0.0008), whereas such correlation did not appear in LTP simulation (p = 0.4458). Our model of CA3 hippocampal formation microcircuit biologically inspired lets you understand neurophysiologic data. (Folia Morphol 2018; 77, 2: 210–220

Memory and forgetting processes with the firing neuron model

The aim of this paper is to present a novel algorithm for learning and forgetting within a very simplified, biologically derived model of the neuron, called firing cell (FC). FC includes the properties: (a) delay and decay of postsynaptic potentials, (b) modification of internal weights due to propagation of postsynaptic potentials through the dendrite, (c) modification of properties of the analog weight memory for each input due to a pattern of long-term synaptic potentiation. The FC model could be used in one of the three forms: excitatory, inhibitory, or receptory (gan­glion cell). The computer simulations showed that FC precisely performs the time integration and coincidence detection for incoming spike trains on all inputs. Any modification of the initial values (internal parameters) or inputs patterns caused the following changes of the interspike intervals time series on the output, even for the 10 s or 20 s real time course simulations. It is the basic evidence that the FC model has chaotic dynamical properties. The second goal is the presentation of various nonlinear methods for analysis of a biological time series. (Folia Morphol 2018; 77, 2: 221–233

Lung and Intercostal Upper Abdomen Ultrasonography for Staging Patients with Ovarian Cancer: A Method Description and Feasibility Study

A detailed transabdominal and transvaginal ultrasound examination, performed by an expert examiner, could render a similar diagnostic performance to computed tomography for assessing pelvic/abdominal tumor spread disease in women with epithelial ovarian cancer (EOC). This study aimed to describe and assess the feasibility of lung and intercostal upper abdomen ultrasonography as pretreatment imaging of EOC metastases of supradiaphragmatic and subdiaphragmatic areas. A preoperative ultrasound examination of consecutive patients suspected of having EOC was prospectively performed using transvaginal, transabdominal, and intercostal lung and upper abdomen ultrasonography. A surgical-pathological examination was the reference standard to ultrasonography. Among 77 patients with histologically proven EOC, supradiaphragmatic disease was detected in 13 cases: pleural effusions on the right (n = 12) and left (n = 8) sides, nodular lesions on diaphragmatic pleura (n = 9), focal lesion in lung parenchyma (n = 1), and enlarged cardiophrenic lymph nodes (n = 1). Performance (described with area under the curve) of combined transabdominal and intercostal upper abdomen ultrasonography for subdiaphragmatic areas (n = 77) included the right and left diaphragm peritoneum (0.754 and 0.575 respectively), spleen hilum (0.924), hepatic hilum (0.701), and liver and spleen parenchyma (0.993 and 1.0 respectively). It was not possible to evaluate the performance of lung ultrasonography for supradiaphragmatic disease because only some patients had this region surgically explored. Preoperative lung and intercostal upper abdomen ultrasonography performed in patients with EOC can add valuable information for supradiaphragmatic and subdiaphragmatic regions. A reliable reference standard to test method performance is an area of future research. A multidisciplinary approach to ovarian cancer utilizing lung ultrasonography may assist in clinical decision-making.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Analysis of corrosion phenomena in water-pipe networks

Korozja przewodów wodociągowych wykonanych z żeliwa i stali jest procesem niezwykle złożonym, na który wpływ mają praktycznie wszystkie parametry fizyczne, chemiczne i biologiczne właściwe w przypadku danej sieci. Korozja sieci, instalacji i urządzeń wodociągowych powoduje ogromne koszty, a jej skutki obniżają jakość wody transportowanej do odbiorców. W pracy podsumowano obecny stan wiedzy obejmujący mechanizm procesu korozji, towarzyszące mu reakcje oraz skład powstających produktów korozji. Omówiono też skład i struktury krystalograficzne powstających osadów korozyjnych, a także podjęto próbę scharakteryzowania wody osadowej towarzyszącej stałym produktom korozji. Wykazano, że woda osadowa charakteryzuje się zadziwiająco bogatym składem, a występujące w niej związki organiczne i nieorganiczne są oznaczane na poziomie stężeń wielokrotnie przekraczających wartości analizowane w wodzie wodociągowej. Omówiono również wpływ jakości wody wodociągowej oraz rodzaju jej domieszek na przebieg i intensywność procesów korozyjnych w sieci. Wykazano, że interakcje pomiędzy składnikami wody a produktami korozji obecnymi na ścianach przewodów w istotny sposób mogą pogarszać jakość transportowanej wody. Szczególną uwagę poświęcono uwalnianiu związków żelaza, migracji pierwiastków z korodujących materiałów, uwalnianiu siarczków oraz degradacji ubocznych produktów dezynfekcji. Złożoność procesu korozji, zależność jego przebiegu od jakości transportowanej wody, w połączeniu z niekorzystną strukturą materiałową sieci wskazuje, że procesy korozyjne jeszcze przez długie lata będą bardzo ważnym problemem eksploatacyjnym zakładów wodociągowych.Corrosion of cast-iron or steel water pipes is a highly complex process influenced by a diversity of physical, chemical and biological parameters specific to a given water-pipe network. Corrosion processes in the underground and on-ground infrastructure of a drinking water distribution system not only incur substantial costs, but also deteriorate the quality of the water transported to the user. The authors of this paper not only present a critical state-of-the-art review of the published literature on corrosion phenomena in drinking water distribution systems, but also evaluate some historical analyses of this subject. In the paper, attention has been focused on the mechanism governing the corrosion process, on the concomitant reactions, as well as on the composition of the corrosion products being formed. This includes the composition and crystal structure of the corrosion deposits, and the composition of steady water in the tubercles, which is concomitant with the occurrence of solid corrosion products. Steady water is characterized by a surprisingly rich diversity of components, where the concentrations of organic and inorganic compounds many times exceed the values measured in drinking water. Consideration has also been given to the impact of water quality on the development of corrosion processes in water-pipe networks. Much of the quality deterioration comes from the interactions between the water components and the corrosion products accumulating on the inner pipe walls. Other major issues considered in the review paper include the release of iron and sulfides, the migration of chemical elements from the corroding materials into the water, and the degradation of disinfection by-products. In conclusion, the complexity of the corrosion process, its dependence on the quality of the water being transported, as well as the poor material condition of the water-pipe networks (pipe service age effect) suggest that controlling corrosion in water-pipe networks will still be a great challenge for waterworks in the coming decade

Analysis for Improvement of Doppler Tomography Imaging of Objects Scattering Continuous Ultrasonic Waves

The paper describes an innovative ultrasound imaging method called Doppler Tomography (DT), otherwise known as Continuous Wave Ultrasonic Tomography (CWUT). Thanks to this method, it is possible to image the tissue cross-section in vivo using a simple two-transducer ultrasonic probe and using the Doppler effect. It should be noted that DT significantly differs from the conventional ultrasound Doppler method of measuring blood flow velocity. The main difference is that when measuring blood flow, we receive information with an image of the velocity distribution in a given blood vessel (Nowicki, 1995), while DT allows us to obtain a cross-sectional image of stationary tissue structure. In the conventional method, the probe remains stationary, while in the DT method, the probe moves and the examined tissue remains stationary. This paper presents a method of image reconstruction using the DT method. First, the basic principle of correlation of generated Doppler frequencies with the location of inclusions from which they originate is explained. Then the exact process and algorithm in this method are presented. Finally, the impact of several key parameters on imaging quality is examined. As a result, the conclusions of the research allow to improve the image reconstruction process using the DT method

Analysis of Doppler tomography in circular geometry as a novel method of imaging tissue cross-sections in vivo

Currently, methods such as conventional ultrasound B-mode scanning (US), computerized X-ray tomography (CT), magnetic resonance imaging (MRI), standard X-ray diagnostics, radioisotope imaging and thermography are used to visualize the internal structure of tissue in vivo and to diagnose the patient. Doppler tomography (DT) is an innovative method of reconstructing the image of the tissue section using ultrasonic waves and Doppler effect. In contrast to the currently applied solutions (US), this method uses a continuous wave, which, in theory, allows one to operate with higher energy and to detect smaller inclusions within the examined tissue. This study focuses on the analysis of DT simulation in circular geometry, where a two-transducer ultrasonic probe circulating around the tested object is used to measure the useful signal. In this paper, the influence on the tested object’s cross-section imaging quality of both the simulated Doppler signal’s registration parameters, and the calculation algorithm’s parameters, were analyzed

Effect of Pre-Oxidation Followed by Biodegradation on the Molecular Weight Distribution of Natural Organic Matter

W pracy określono i porównano zmiany w rozkładzie mas cząsteczkowych substancji organicznych naturalnie występujących w wodzie pod wpływem silnych utleniaczy stosowanych w oczyszczaniu wody, tj. ozonu, dwutlenku chloru i chloru oraz określono wpływ wstępnego utleniania na efektywność biodegradacji substancji organicznych. Zmiany w rozkładzie mas cząsteczkowych substancji organicznych poddawanych następującym po sobie procesom utleniania i biodegradacji przeanalizowano wykorzystując chromatografię wykluczania (SEC). Przy wykorzystaniu tej samej techniki badano również podatność na utlenianie i biodegradację frakcji substancji organicznych o określonych masach cząsteczkowych. Ponadto, dla analizowanych wód naturalnych i modelowych, określono ilości powstającego w tym procesie biodegradowalnego węgla organicznego (BRWO) przy wykorzystaniu metody Joreta, a także oznaczono ilości powstających w procesach utleniania kwasów karboksylowych będących wskaźnikiem BRWO. Uzyskane rezultaty wykazały, iż reakcji z utleniaczami najłatwiej ulegają substancje organiczne o najwyższych masach cząsteczkowych absorbujące promienie UV zarówno przy 254 nm, jak i 220 nm. Analogiczne tendencje wykazano dla substancji organicznych poddanych w dalszym etapie procesowi biodegradacji. Z kolei dla frakcji substancji organicznych o najniższych masach cząsteczkowych, po procesie utleniania i biodegradacji, zaobserwowano wzrost absorpcji promieniowania UV przy mniej selektywnej długości fali 220 nm. Na podstawie analizy danych obejmujących pomiary OWO, BRWO oraz zawartość kwasów organicznych wykazano brak korelacji pomiędzy wzrostem intensywności pasm związanych z obecnością niskocząsteczkowych frakcji substancji organicznych a pozostałymi badanymi wskaźnikami. Wykazano, że powstające w zintegrowanych procesach utleniania i biodegradacji produkty o niskich masach cząsteczkowych to przede wszystkim produkty metabolizmu bakterii oraz produkty degradacji substancji organicznych, bogate w grupy funkcyjnie silnie absorbujące promieniowanie o długości fali 220 nm.The primary objective of the study was to analyze the changes in the molecular weight distribution (MWD) of natural organic matter (NOM) promoted by the reaction with strong oxidants commonly used in water treatment technology, i.e. ozone, chlorine dioxide and chlorine. Another major objective was to establish the influence of pre-oxidation on the efficiency of subsequent biodegradation of organic matter. High-pressure size exclusion chromatography (HP-SEC) with UV-254 nm and UV-220 nm detection was used to examine how the MWD of NOM had changed after the pre-oxidation and oxidation/biodegradation processes. The amount of biodegradable dissolved organic carbon (BDOC) was measured using the method described by Joret. The quantity and quality of carboxylic acids were analyzed by ion chromatography. The study has shown that the oxidation of NOM with strong oxidants accounted primarily for the break-up of high-molecular-weight molecules into smaller fragments and for a drop in aromaticity. Similar trends were observed with organic matter after the biodegradation experiments. The high amount of BDOC in the oxidized NOM is an indication that the changes in the NOM structure contributed by the application of the said oxidants enhanced the biodegradability of organic matter, especially after oxidation with ozone and chlorine dioxide. A comprehensive analysis of the TOC, BDOC and carboxylic acids levels before and after biodegradation has confirmed the formation of low-molecular-weight, easily biodegradable by-products of NOM oxidation. The increased biodegradability of the NOM components as a result of oxidation/disinfection with chlorine dioxide and/or chlorine may undesirably affect the biological stability of drinking water at a long residence time in the distribution network

Effect of Chlorine, Chlorine Dioxide and Ozone on thy Biological Stability of Water

Przed wprowadzeniem do sieci dystrybucyjnej woda oczyszczona poddawana jest dezynfekcji. Stosowanie wszystkich podstawowych środków dezynfekcyjnych (O3, ClO2, Cl2) zmienia strukturę substancji organicznych naturalnie występujących w wodzie. Wielkocząsteczkowe składniki substancji organicznych (zwłaszcza aromatyczne) reagują z utleniaczami, co doprowadza do powstania produktów o niższych ciężarach cząsteczkowych (między innymi kwasów organicznych), które są łatwiej dostępne biologicznie. W pracy wykazano, że nie tylko ozon, ale również dwutlenek chloru i chlor tworzą w reakcji z substancjami organicznymi łatwo biodegradowalne kwasy organiczne, takie jak kwas mrówkowy, octowy i szczawiowy. Stwierdzono, że kwasy organiczne stanowią tylko niewielką część biodegradowalnego węgla organicznego (1÷20%). Ilość kwasów organicznych, powstających pod wpływem ozonu i dwutlenku chloru, wskazuje na wzrost biodostępności rozpuszczonego węgla organicznego, co w konsekwencji może być wskaźnikiem niestabilności biologicznej wody. Zawartość kwasów karboksylowych w wodzie przeznaczonej do spożycia przez ludzi nie jest normowana, bowiem nie stanowią one bezpośredniego zagrożenia dla zdrowia człowieka, jednak są one związkami łatwo biodegradowalnymi, stanowią część biodegradowalnego węgla organicznego (BRWO) i tym samym mogą być jedną z przyczyn zachwiania biostabilności wody i powstawania biofilmu w sieci wodociągowej.Before being sent to the distribution system, treated water is disinfected with various oxidants, i.e. O3, ClO2, and Cl2. The application of conventional disinfectants changes the molecular structure of aquatic natural organic matter (NOM). The oxidation of the NOM components with oxidants mainly brings about the break-up of the molecules into smaller fragments and a decrease in aromaticity. Ozonation, as well as oxidation, of NOM with chlorine dioxide and chlorine stimulates the formation of significant amounts of biodegradable oxidation by-products such as carboxylic acids (i.e. acetic, formic and oxalic acids). Carboxylic acids account for only 1 to 20% of the biodegradable dissolved organic carbon (BDOC) content. The increase of their concentration in treated water indicates a rise in the amount of the total BDOC formed in the oxidation reaction. The concentration of carboxylic acids in potable water has not been normalized since there is no direct threat for human health connected with their presence in water. However, the high propensity of carboxylic acids to biodegradation may have serious consequences for the biological stability of the water in the distribution network. As carboxylic acids are part of BDOC, their presence in the distributed water may stimulate the regrowth of microorganisms and the development of biofilms on the walls of the distribution pipes

Model investigations into the migration of some elements from cast iron and steel into water due to pipe corrosion

Badano przebieg procesu korozji opiłków materiałów żeliwnych i stalowych w statycznym układzie modelowym, w celu jednoczesnej oceny zmian jakości wody wodociągowej oraz składu powstających produktów korozji. Wykazano, że powstałe produkty korozji charakteryzowały się składem fazowym porównywalnym z rzeczywistymi osadami korozyjnymi pobranymi z sieci wodociągowych, a ich ilość stanowiła 30÷70% rzeczywistych produktów korozji pobranych z takiej samej powierzchni przewodów. Ponadto stwierdzono sukcesywne uwalnianie do wody siarczków, fosforu i manganu obecnych w żeliwie i stali, co dowodzi, że materiał przewodów jest istotnym źródłem tych pierwiastków w wodzie wodociągowej. W przypadku fosforu w ostatniej fazie badań zanotowano jego całkowity zanik w wodzie, co wskazuje na rozwój mikroorganizmów w układzie badawczym. Z kolei naturalne substancje organiczne ulegały stopniowej adsorpcji na tworzących się produktach korozji, co w konsekwencji może prowadzić do rozwoju biofilmu. Również cynk, krzem, wapń i magnez obecne w wodzie były adsorbowane na powierzchni i/lub wbudowywane w strukturę osadów korozyjnych. Uzyskane wyniki wskazują, że badania prowadzone na opiłkach żeliwnych i stalowych mogą z powodzeniem symulować procesy zachodzące w sieci wodociągowej, a duża powierzchnia właściwa użytego materiału powoduje przyspieszenie i intensyfikację procesu korozji.The corrosion of cast iron and steel filings was investigated in a static model system in order to simultaneously assess water quality variations and the composition of the corrosion products. The phase composition of the experimental corrosion products was found to be comparable with that of the actual corrosion deposits in the water-pipe network. The quantity of the corrosion products ranged between 30% and 70% of the actual corrosion products collected from a relevant surface area of a pipeline in service. Furthermore, a successive migration of sulfides, phosphorus and manganese from cast iron and steel into the water was observed, which implies that the pipe material is a major source of origin for these elements in the tap water. At the final stage of the study, no phosphorus was detected in the water, which suggests microorganism growth in the model. Natural organic matter was gradually adsorbed onto the corrosion products being formed, which may give rise to biofilm formation. Zinc, silicon, calcium and magnesium were adsorbed onto the surface, and/or built into the structure, of the corrosion deposits. The results obtained indicate that experiments involving cast iron and steel filings may successfully simulate the processes occurring in the water-pipe network, and that the high specific surface area of the material used accelerates and enhances the corrosion process

Chromium (III/VI) separation in SLM system

W pracy zbadano wpływ stężenia Cr(VI) na selektywny rozdział Cr(III/VI) przez SLM. Jako przenośników użyto DNNSA oraz D2E11PA. Membrana zarówno z DNNSA, jak i D2EHPA stanowiła selektywną barierę dla jonów Cr(VI). Wzrost początkowego stężenia Cr(VI) wpływał negatywnie na transportu Cr(III). Zastosowaniu badanej membrany umożliwia selektywne wydzielanie Cr(lII) z rozcieńczonych roztworów Cr(VI).In this study the influence of concentration of Cr(Vl) for selective distribution of Cr(III/VI) by SLM was investigated. DNNSA and D2EI1PA were used as a carriers. SLM with DNNSA or D2EIIPA was selective barrier for Cr(VI). The increase of initial Cr(Vl) concentration negative influenced on Cr(Iil) transport. Selective separation of Cr(lII) from dilute solution of Cr(VI) for system with tested membrane is possible