Application of regularized Richardson–Lucy algorithm for deconvolution of confocal microscopy images

Although confocal microscopes have considerably smaller contribution of out-of-focus light than widefield microscopes, the confocal images can still be enhanced mathematically if the optical and data acquisition effects are accounted for. For that, several deconvolution algorithms have been proposed. As a practical solution, maximum-likelihood algorithms with regularization have been used. However, the choice of regularization parameters is often unknown although it has considerable effect on the result of deconvolution process. The aims of this work were: to find good estimates of deconvolution parameters; and to develop an open source software package that would allow testing different deconvolution algorithms and that would be easy to use in practice. Here, Richardson–Lucy algorithm has been implemented together with the total variation regularization in an open source software package IOCBio Microscope. The influence of total variation regularization on deconvolution process is determined by one parameter. We derived a formula to estimate this regularization parameter automatically from the images as the algorithm progresses. To assess the effectiveness of this algorithm, synthetic images were composed on the basis of confocal images of rat cardiomyocytes. From the analysis of deconvolved results, we have determined under which conditions our estimation of total variation regularization parameter gives good results. The estimated total variation regularization parameter can be monitored during deconvolution process and used as a stopping criterion. An inverse relation between the optimal regularization parameter and the peak signal-to-noise ratio of an image is shown. Finally, we demonstrate the use of the developed software by deconvolving images of rat cardiomyocytes with stained mitochondria and sarcolemma obtained by confocal and widefield microscopes

”Siinä tulee ymmärrys ehkä syvemmäksi...”:käsityksiä prosessidraaman käytöstä kiusaamisen käsittelyssä

Tiivistelmä. Kiusaamista ilmenee niin koululaisten kuin alle kouluikäisten keskuudessa. Opettajat tarvitsevat kiusaamisen ehkäisemiseen ja käsittelyyn konkreettisia välineitä, joita vastavalmistuneilla ei useinkaan ole. Tällä kasvatustieteen pro gradu -työllä välitämme opettajille tietoa prosessidraaman mahdollisuuksista kiusaamisen käsittelyssä ja tarjoamme tutkimustulosten pohjalta johdetun mallin, jota opettajat voivat soveltaa oman lapsiryhmänsä kanssa. Tässä tutkielmassa tarkastellaan kiusaamista prosessidraaman kontekstissa. Kiusaamisen ja prosessidraaman aihepiirit toimivat siten tutkielman teoreettisena viitekehyksenä. Kiusaamisen määrittely auttaa koko koulun tai päiväkodin yhteisöä havainnoimaan kiusaamista ja puuttumaan siihen. Tietämys prosessidraamasta opetusmenetelmänä antaa puolestaan opettajalle välineet, joiden avulla hän ohjaa lapsia tutkimaan ilmiötä. Prosessidraaman taustalla vaikuttavat erilaiset teoriat yhteistoiminnallisesta oppimisesta. Tutkielma on toteutettu fenomenografisella lähestymistavalla, jossa keskitytään erilaisten käsitysten ja niiden variaation esille tuomiseen tutkittavasta aiheesta. Tässä se tarkoittaa opettajaksi opiskelevien käsityksiä prosessidraaman käytöstä kiusaamisen käsittelyssä. Aineisto on kerätty haastattelemalla viittä Oulun yliopiston luokanopettaja- ja varhaiskasvatuksen opiskelijaa, ja aineistonkeruumenetelmänä on käytetty teemahaastattelua. Pääongelmana tutkielmassa on selvittää millaisia käsityksiä opiskelijoilla on prosessidraaman käytöstä kiusaamisen käsittelyssä. Se voidaan jakaa kolmeen alaongelmaan: Millainen toimintamenetelmä prosessidraama on kiusaamisen käsittelyssä? Millaista kiusaamisesta oppiminen on prosessidraamassa? Millaisia käsityksiä opiskelijoilla on kiusaamisesta ja millaisina lasten kiusaamiskäsitykset näyttäytyvät opiskelijoille? Tavoitteenamme on tutkimusongelman avulla jäsentää opettajaksi opiskelevien käsityksiä kiusaamisesta ja sen käsittelystä prosessidraaman avulla sekä tuoda esille opiskelijoiden käsityksiä kiusaamisesta ilmiönä ja tarjota lukijoille välineitä kiusaamisen käsittelyyn. Aineiston analyysissä opiskelijoiden käsityksistä rakentui kolme pääkategoriaa, joissa opiskelijoiden käsityksiä kuvataan yksityiskohtaisempien alakategorioiden avulla. Opiskelijoiden käsityksiä prosessidraamasta toimintamenetelmänä tarkastellaan työpajatoiminnan valmisteluun, toteutumiseen ja jatkamiseen sekä osallisuuteen, aikuisen rooliin ja toimintamenetelmän soveltamiseen liittyvien käsitysten kautta. Käsityksiä prosessidraamassa oppimisesta kuvataan seuraavissa alakategorioissa: mitä prosessidraamassa opitaan, miten prosessidraamassa opitaan, lapsi-lähtöisyys oppimisen taustalla, yhteistoiminnallinen oppiminen sekä prosessidraamassa oppimisen vertailua luokassa oppimiseen. Tutkimushavainnot kiusaamiskäsityksistä jakautuvat kahteen alakategoriaan: opiskelijoiden käsityksiin kiusaamisesta sekä opiskelijoiden käsityksiin lasten kiusaamiskäsityksistä. Analyysi ja tutkimushavainnot raportoidaan yksityiskohtaisesti tutkimuksen luotettavuuden lisäämiseksi. Opiskelijoiden käsitysten mukaan prosessidraama soveltuu hyvin toimintamenetelmänä kiusaamisen käsittelyyn. Menetelmä vaatii sekä valmistelua että jatkokäsittelyä ja ryhmällä on vaikutusta menetelmän käyttöön, mutta ennen kaikkea toimintamenetelmä osallistaa lapsia käsittelemään kiusaamista monesta eri näkökulmasta. Aikuisen tulee luoda draamalliselle ilmaisulle turvallinen ilmapiiri. Lisäksi hänen roolinsa menetelmässä on kannustava, toimintaa eteenpäin ohjaava ja lasten ideoille sekä toiminnalle tilaa antava. Prosessidraaman perusteet tunteva opettaja voi soveltaa toimintamenetelmää omalle ryhmälleen sopivaksi. Prosessidraamassa opitaan kiusaamisesta ilmiönä, omista mahdollisuuksista toimia kiusaamistilanteessa sekä sosio-emotionaalisia taitoja osallistumisen, ryhmässä toimimisen, leikin ja pohtimisen kautta. Prosessidraama on opiskelijoiden mukaan lapsilähtöinen ja yhteistoiminnallinen oppimismenetelmä, jonka avulla lasten ymmärrys kiusaamisilmiöstä laajenee ja syvenee. Kiusaaminen on opiskelijoiden käsitysten mukaan fyysistä, psyykkistä ja verbaalista toisen ihmisen kaltoin kohtelua, joka voi olla ulospäin näkyvää tai huomaamatonta. Se voi ilmetä sekä lyhyellä että pitkällä aikavälillä. Kokemuksena kiusaaminen on opiskelijoiden mukaan subjektiivista ja se herättää ihmisissä erilaisia tunteita. Lasten kiusaamiskäsitykset kuvastuvat opiskelijoiden mukaan ratkaisuissa, joita he tuovat esille kiusaamisen käsittelemisessä prosessidraaman avulla. Lasten käsitykset kiusaamisesta näyttäytyivät opiskelijoille siten, että niin lapsilla kuin aikuisilla on mahdollisuus vaikuttaa kiusaamisen loppumiseen

Savings Groups for Social Health Protection: A Social Resilience Study in Rural Tanzania

Global health experts use a health system perspective for research on social health protection. This article argues for a complementary actor perspective, informed by the social resilience framework. It presents a Saving4Health initiative with women groups in rural Tanzania. The participatory qualitative research design yielded new insights into the lived experience of social health protection. The study shows how participation in saving groups increased women's collective and individual capacities to access, combine and transform four capitals. The groups offered a mechanism to save for the annual insurance premium and to obtain health loans for costs not covered by insurance (economic capital). The groups organized around aspirations of mutual support and protection, fostered social responsibility and widened women's interaction arena to peers, government and NGO representatives (social capital). The groups expanded women's horizon by exposing them to new ways of managing financial health risk (cultural capital). The groups strengthened women's social recognition in their family, community and beyond and enabled them to initiate transformative change through advocacy for health insurance (symbolic capital). Savings groups shape the evolving field of social health protection in interaction with governmental and other powerful actors and have further potential for mobilization and transformative change

Roles of the creatine kinase system and myoglobin in maintaining energetic state in the working heart

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>The heart is capable of maintaining contractile function despite a transient decrease in blood flow and increase in cardiac ATP demand during systole. This study analyzes a previously developed model of cardiac energetics and oxygen transport to understand the roles of the creatine kinase system and myoglobin in maintaining the ATP hydrolysis potential during beat-to-beat transient changes in blood flow and ATP hydrolysis rate.</p> <p>Results</p> <p>The theoretical investigation demonstrates that elimination of myoglobin only slightly increases the predicted range of oscillation of cardiac oxygenation level during beat-to-beat transients in blood flow and ATP utilization. In silico elimination of myoglobin has almost no impact on the cytoplasmic ATP hydrolysis potential (Δ<it>G</it>_ATPase). In contrast, disabling the creatine kinase system results in considerable oscillations of cytoplasmic ADP and ATP levels and seriously deteriorates the stability of Δ<it>G</it>_ATPasein the beating heart.</p> <p>Conclusion</p> <p>The CK system stabilizes Δ<it>G</it>_ATPaseby both buffering ATP and ADP concentrations and enhancing the feedback signal of inorganic phosphate in regulating mitochondrial oxidative phosphorylation.</p

Combined action of albumin and heparin regulates lipoprotein lipase oligomerization, stability, and ligand interactions

Lipoprotein lipase (LPL), a crucial enzyme in the intravascular hydrolysis of triglyceride-rich lipoproteins, is a potential drug target for the treatment of hypertriglyceridemia. The activity and stability of LPL are influenced by a complex ligand network. Previous studies performed in dilute solutions suggest that LPL can appear in various oligomeric states. However, it was not known how the physiological environment, that is blood plasma, affects the action of LPL. In the current study, we demonstrate that albumin, the major protein component in blood plasma, has a significant impact on LPL stability, oligomerization, and ligand interactions. The effects induced by albumin could not solely be reproduced by the macromolecular crowding effect. Stabilization, isothermal titration calorimetry, and surface plasmon resonance studies revealed that albumin binds to LPL with affinity sufficient to form a complex in both the interstitial space and the capillaries. Negative stain transmission electron microscopy and raster image correlation spectroscopy showed that albumin, like heparin, induced reversible oligomerization of LPL. However, the albumin induced oligomers were structurally different from heparin-induced filament-like LPL oligomers. An intriguing observation was that no oligomers of either type were formed in the simultaneous presence of albumin and heparin. Our data also suggested that the oligomer formation protected LPL from the inactivation by its physiological regulator angiopoietin-like protein 4. The concentration of LPL and its environment could influence whether LPL follows irreversible inactivation and aggregation or reversible LPL oligomer formation, which might affect interactions with various ligands and drugs. In conclusion, the interplay between albumin and heparin could provide a mechanism for ensuring the dissociation of heparan sulfate-bound LPL oligomers into active LPL upon secretion into the interstitial space

Dependence of Intramyocardial Pressure and Coronary Flow on Ventricular Loading and Contractility: A Model Study

The phasic coronary arterial inflow during the normal cardiac cycle has been explained with simple (waterfall, intramyocardial pump) models, emphasizing the role of ventricular pressure. To explain changes in isovolumic and low afterload beats, these models were extended with the effect of three-dimensional wall stress, nonlinear characteristics of the coronary bed, and extravascular fluid exchange. With the associated increase in the number of model parameters, a detailed parameter sensitivity analysis has become difficult. Therefore we investigated the primary relations between ventricular pressure and volume, wall stress, intramyocardial pressure and coronary blood flow, with a mathematical model with a limited number of parameters. The model replicates several experimental observations: the phasic character of coronary inflow is virtually independent of maximum ventricular pressure, the amplitude of the coronary flow signal varies about proportionally with cardiac contractility, and intramyocardial pressure in the ventricular wall may exceed ventricular pressure. A parameter sensitivity analysis shows that the normalized amplitude of coronary inflow is mainly determined by contractility, reflected in ventricular pressure and, at low ventricular volumes, radial wall stress. Normalized flow amplitude is less sensitive to myocardial coronary compliance and resistance, and to the relation between active fiber stress, time, and sarcomere shortening velocity

A Reaction-Diffusion Model of ROS-Induced ROS Release in a Mitochondrial Network

Loss of mitochondrial function is a fundamental determinant of cell injury and death. In heart cells under metabolic stress, we have previously described how the abrupt collapse or oscillation of the mitochondrial energy state is synchronized across the mitochondrial network by local interactions dependent upon reactive oxygen species (ROS). Here, we develop a mathematical model of ROS-induced ROS release (RIRR) based on reaction-diffusion (RD-RIRR) in one- and two-dimensional mitochondrial networks. The nodes of the RD-RIRR network are comprised of models of individual mitochondria that include a mechanism of ROS-dependent oscillation based on the interplay between ROS production, transport, and scavenging; and incorporating the tricarboxylic acid (TCA) cycle, oxidative phosphorylation, and Ca2+ handling. Local mitochondrial interaction is mediated by superoxide (O2.−) diffusion and the O2.−-dependent activation of an inner membrane anion channel (IMAC). In a 2D network composed of 500 mitochondria, model simulations reveal ΔΨm depolarization waves similar to those observed when isolated guinea pig cardiomyocytes are subjected to a localized laser-flash or antioxidant depletion. The sensitivity of the propagation rate of the depolarization wave to O2.− diffusion, production, and scavenging in the reaction-diffusion model is similar to that observed experimentally. In addition, we present novel experimental evidence, obtained in permeabilized cardiomyocytes, confirming that ΔΨm depolarization is mediated specifically by O2.−. The present work demonstrates that the observed emergent macroscopic properties of the mitochondrial network can be reproduced in a reaction-diffusion model of RIRR. Moreover, the findings have uncovered a novel aspect of the synchronization mechanism, which is that clusters of mitochondria that are oscillating can entrain mitochondria that would otherwise display stable dynamics. The work identifies the fundamental mechanisms leading from the failure of individual organelles to the whole cell, thus it has important implications for understanding cell death during the progression of heart disease