Artificial light and nocturnal activity in gammarids

Artificial light is gaining attention as a potential stressor to aquatic ecosystems. Artificial lights located near streams increase light levels experienced by stream invertebrates and we hypothesized light would depress night drift rates. We also hypothesized that the effect of light on drift rates would decrease over time as the invertebrates acclimated to the new light level over the course of one month’s exposure. These hypotheses were tested by placing Gammarus spp. in eight, 75 m × 1 m artificial flumes. One flume was exposed to strong (416 lx) artificial light at night. This strong light created a gradient between 4.19 and 0.04 lx over the neighboring six artificial flumes, while a control flume was completely covered with black plastic at night. Night-time light measurements taken in the Berlin area confirm that half the flumes were at light levels experienced by urban aquatic invertebrates. Surprisingly, no light treatment affected gammarid drift rates. In contrast, physical activity measurements of in situ individually caged G. roeseli showed they increased short-term activity levels in nights of complete darkness and decreased activity levels in brightly lit flumes. Both nocturnal and diurnal drift increased, and day drift rates were unexpectadly higher than nocturnal drift

Prozessoptimierung in der Krankenhaussprechstunde: Erfahrungen und Ergebnisse unter Berücksichtigung der Möglichkeiten von Informationstechnologie

Einleitung: Prozessorientiertes Denken nimmt in der Medizin bei knapper werdenden Ressourcen einen immer größeren Stellenwert ein. Diese Arbeit untersucht Möglichkeiten der Prozessoptimierung im Bereich der ambulanten Versorgung am Krankenhaus. Fragestellung: Mit einer Interventionsstudie wird untersucht, ob ein aus der Softewareentwicklung abgeleitetes Vorgehensmodell erfolgreich für ein Prozessoptimierungsprojekt in der ambulanten Sprechstunde eines Krankenhauses angewandt werden kann. Es wird die EDVUnterstützung klinischer Abläufe der Sprechstunde eingeführt. Das Gesamtzielkriterium ist die Steigerung der Patientenzufriedenheit. Als Teilaspekt werden die Erstellung und die Anpassung eines in einem KIS abgebildeten Terminkalenders mittels Generatortools untersucht. Können durch eine erfolgreiche Umsetzung verkürzte Wartezeiten der Patienten sowie eine verbesserte Dokumentenbereitstellung erreicht werden? Ein weiterer Teilaspekt ist die Einführung von „Computerized Physician Order Entry“ für radiologische Untersuchungen in der ambulanten Sprechstunde. Ist dies technisch und organisatorisch möglich und können dadurch eine höhere Prozessqualität und kürzere Prozesszeiten erreicht werden? Material und Methoden: Untersucht wird die unfallchirurgische Sprechstunde für ambulante und ehemals stationäre Patienten an einem Krankenhaus der Maximalversorgung. Die Datenerhebungen fanden im Herbst 2002 und Frühjahr 2004 statt. Sie bestehen aus einer Patientenbefragung inklusive eines Zufriedenheitsfragebogens, Messungen der Warte- und Prozesszeiten sowie Mitarbeiterbefragungen. Die zwischenzeitliche Prozessoptimierung erfolgt nach einem Vorgehensmodell, welches sich von dem Modell zur Softwareentwicklung im Krankenhaus nach (Kuhn KA, Lenz R et al. 2003) ableitet. Es besteht aus einer Erkundungs- und einer Analysephase zur Erfassung von Problembereichen und zur Datenerhebung. Es folgt eine Phase des Redesigns, in der Prozessänderungen und IT-Anwendungen entworfen werden. Diese werden in der Implementierungsphase organisatorisch und technisch umgesetzt. Nach einer Phase der Schulung für die Mitarbeiter folgt der Routinebetrieb. In der zweiten Analysephase wird abschließend der der Erfolg des Projektes gemessen. Ergebnisse: Die Prozessoptimierung nach dem genannten Vorgehensmodell konnte erfolgreich durchgeführt werden. Ein Terminkalender für die Sprechstunden und ambulante Operationen wurde erfolgreich im KIS eingeführt, dieser beinhaltet die Terminvergabe bei der Arztbriefschreibung. Die Anmeldung von radiologischen Untersuchungen wurde auf ein CPOE-Verfahren umgestellt und ein Vorgehen zur direkten Einbestellung von Patienten zur Röntgenuntersuchung eingerichtet. Die Mitarbeiter der Sprechstunde akzeptieren diese Prozessänderungen, die eingeführten IT-Anwendungen werden überwiegend als positiv betrachtet. Die Anzahl der vorhandenen Termineinträge der Patienten steigt signifikant auf 67,5% der Fälle (p=0,000), die Verfügbarkeit von Akten bei der Anmeldung des Patienten steigt auf 47,8% (p=0,000). Die Ankunft der Patienten in der Sprechstunde erfolgt durchschnittlich zu einem späteren Zeitpunkt (p=0,000) und verteilt sich gleichmäßiger über die Sprechstundenzeit. Die Wartezeit der Patienten auf den ersten Aufruf in die Sprechstunde sinkt signifikant von 69min. (n=344) auf 43min. (n=317) (p=0,000). Ebenso sinkt die Gesamtdauer des Sprechstundenbesuches signifikant von 128min. auf 100min (p=0,000). Die Wartezeit auf die Röntgenuntersuchung verlängert sich jedoch signifikant um 5min (p=0,045). Die Dauer der Röntgenuntersuchung verlängert sich signifikant um durchschnittlich eine Minute (p=0,039). Weder steigt der Patientenanteil, der direkt zu einer Röntgenuntersuchung einbestellt wird, noch verringert sich die Wartezeit hierfür signifikant. Die Patientenzufriedenheit steigt zwischen den Messzeitpunkten signifikant an (p=0,001). Diskussion: Mit dem Vorgehensmodell kann mit vertretbarem Aufwand erfolgreich eine Prozessoptimierung in einer ambulanten Sprechstunde am Krankenhaus unter Einführung von IT-Anwendungen durchgeführt werden. Kurze Iterationen, ein offener Kommunikationsstil, die frühe Einbindung der Endnutzer und ein abteilungsübergreifendes Vorgehen sind wichtige Erfolgsfaktoren. Die Aufteilung des Gesamtprojektes in Unterschritte ist vorteilhaft. Bei ITgestützten Interventionen ist ein hochpartizipatorischer, iterativer Softewareentwicklungsprozess in Verbindung mit einem holistischen KIS der Schlüssel zum Erfolg. Ein „Generator Tool“ des KIS ermöglicht die schnelle Entwicklung klinischer Anwendungen. Durch die gewählte Form der Prozessoptimierung kann die Patientenzufriedenheit signifikant steigen. Es gibt starke Hinweise, dass Terminkalender im KIS die Wartezeit auf den ersten Aufruf in das Behandlungszimmer und die Gesamtaufenthaltsdauer der Patienten reduzieren sowie die Aktenverfügbarkeit bei der Anmeldung erhöhen. Die Übernahme eines bestehenden CPOE für radiologische Untersuchungen in eine ambulante Sprechstunde am Krankenhaus ist technisch und organisatorisch möglich. Sie führt zu einer höheren Prozessqualität, jedoch entstehen dadurch eine zeitliche Mehrbelastung der anwendenden Ärzte und längere Wartezeiten der Patienten auf die Untersuchung. Die Einbestellung von Patienten direkt zu einer Röntgenuntersuchung unter Verwendung von CPOE ist umsetzbar, führt aber zu keiner Einsparung von Wartezeit für den Patienten. In den neuen Feldern von Prozessdenken und Informationstechnologie in der Patientenversorgung zeigt diese Arbeit ein erfolgreiches Modell zur Optimierung der ambulanten Versorgung am Krankenhaus

Deep brain stimulation for movement disorder treatment: Exploring frequency-dependent efficacy in a computational network model

A large scale computational model of the basal ganglia (BG) network is proposed to describes movement disorder including deep brain stimulation (DBS). The model of this complex network considers four areas of the basal ganglia network: the subthalamic nucleus (STN) as target area of DBS, globus pallidus, both pars externa and pars interna (GPe-GPi), and the thalamus (THA). Parkinsonian conditions are simulated by assuming reduced dopaminergic input and corresponding pronounced inhibitory or disinhibited projections to GPe and GPi. Macroscopic quantities can be derived which correlate closely to thalamic responses and hence motor programme fidelity. It can be demonstrated that depending on different levels of striatal projections to the GPe and GPi, the dynamics of these macroscopic quantities switch from normal conditions to parkinsonian. Simulating DBS on the STN affects the dynamics of the entire network, increasing the thalamic activity to levels close to normal, while differing from both normal and parkinsonian dynamics. Using the mentioned macroscopic quantities, the model proposes optimal DBS frequency ranges above 130 Hz.Comment: 40 pages, 16 figure

Referenceable mobile crowdsensing architecture: A healthcare use case

Smartphones have become an integral part in life of users, mainly because over the course of recent years, they have become extremely mainstream, cheap, flexible, and they pack high-end hardware that offers high computational capabilities. Many, if not all of today’s smartphones are equipped with sophisticated sensors which enable smart mobile sensing. The programmable nature of these sensors in the smartphones enable a wide array of possibilities to achieve user-centric or environmental sensing. Even though there have been different approaches proposed to develop a smartphone app, platform, design frameworks, APIs, and even application-specific architectures, there is a lack of generalised referenceable architecture in the literature. In this paper, we propose a generic reference architecture, which can be derived to create more concrete mobile sensing or mobile app architectures. Furthermore, we realise the proposed reference architecture in a healthcare use case, specifically in the context of applying smart mobile sensing to support tinnitus research

Towards Automated Smart Mobile Crowdsensing for Tinnitus Research

Tinnitus is a disorder that is not entirely understood, and many of its correlations are still unknown. On the other hand, smartphones became ubiquitous. Their modern versions provide high computational capabilities, reasonable battery size, and a bunch of embedded high-quality sensors, combined with an accepted user interface and an application ecosystem. For tinnitus, as for many other health problems, there are a number of apps trying to help patients, therapists, and researchers to get insights into personal characteristics but also into scientific correlations as such. In this paper, we present the first approach to an app in this context, called TinnituSense that does automatic sensing of related characteristics and enables correlations to the current condition of the patient by a combined participatory sensing, e.g., a questionnaire. For tinnitus, there is a strong hypothesis that weather conditions have some influence. Our proof-of-concept implementation records weather-related sensor data and correlates them to the standard Tinnitus Handicap Inventory (THI) questionnaire. Thus, TinnituSense enables therapists and researchers to collect evidence for unknown facts, as this is the first opportunity to correlate weather to patient conditions on a larger scale. Our concept as such is limited neither to tinnitus nor to built-in sensors, e.g., in the tinnitus domain, we are experimenting with mobile EEG sensors. TinnituSense is faced with several challenges of which we already solved principle architecture, sensor management, and energy consumption

Using Synthetic Aperture Radar to Define Spring Breakup on the Kuparuk River, Northern Alaska

Spring runoff measurements of Arctic watersheds are challenging given the remote location and the often dangerous field conditions. This study combines remote sensing techniques and field measurements to evaluate the applicability of synthetic aperture radar (SAR) to defining spring breakup of the braided lower Kuparuk River, North Slope, Alaska. A statistical analysis was carried out on a time series (2001–10) of SAR images acquired from the European Remote-Sensing Satellite (ERS-2) and the Canadian RADARSAT satellite, as well as on measured runoff. On the basis of field information, the SAR images were separated into pre-breakup, breakup, and post-breakup periods. Three variables were analyzed for their suitability to bracket the river breakup period: image brightness, variance in brightness over the river length, and a sum of rank order change analysis. Variance in brightness was found to be the most reliable indicator. A combined use of that variance and sum of rank order change appeared promising when enough images were available. The temporal resolution of imagery served as the major limitation in constraining the timing of the hydrologic event. Challenges associated with spring runoff monitoring and the sensitive nature of SAR likely resulted in an earlier detection of surficial changes by the remote sensing technique compared to the field runoff observations. Given a sufficient temporal resolution, SAR imagery has the potential to improve the spatiotemporal monitoring of Arctic watersheds for river breakup investigations.La mesure de l’écoulement printanier des bassins hydrographiques de l’Arctique n’est pas facile à réaliser en raison de l’éloignement ainsi qu’en raison des conditions souvent dangereuses qui ont cours sur le terrain. Cette étude fait appel à des techniques de télédétection de même qu’aux mesures prises sur le terrain pour évaluer l’applicabilité du radar à synthèse d’ouverture SAR pour définir la débâcle printanière de la basse rivière Kuparuk anastomosée sur la North Slope de l’Alaska. L’analyse statistique d’une série temporelle (2001-2010) d’images SAR acquises à partir du satellite européen de télédétection (ERS-2) et du satellite canadien RADARSAT ainsi que des écoulements mesurés a été effectuée dans le cadre de cette étude. D’après les renseignements recueillis sur le terrain, les images SAR ont été divisées en fonction de la période précédant la débâcle, de la période de la débâcle même et de la période suivant la débâcle. Trois variables ont été analysées afin de déterminer si elles permettaient d’isoler la période de la débâcle de la rivière, soit la luminance de l’image, la variance de la luminance en fonction de la longueur de la rivière et la somme de l’analyse des changements de classement suivant le rang. La variance de la luminance s’est avérée l’indicateur le plus fiable. L’utilisation conjointe de cette variance et de la somme des changements de classement suivant le rang s’avéraient prometteuse lorsque le nombre d’images était suffisant. La résolution temporelle de l’imagerie a constitué la plus grande limitation pour contraindre la temporisation de l’événement hydrologique. Les défis liés à la surveillance de l’écoulement printanier et la nature sensible du SAR ont vraisemblablement donné lieu à la détection précoce des changements superficiels au moyen de la technique de télédétection comparativement aux observations mêmes de l’écoulement printanier. Moyennant une résolution temporelle suffisante, l’imagerie SAR pourrait permettre d’améliorer la surveillance spatiotemporelle des bassins hydrographiques de l’Arctique en vue de l’étude des débâcles printaniers

Towards Incentive Management Mechanisms in the Context of Crowdsensing Technologies based on TrackYourTinnitus Insights

The increased use of mobile devices has led to an improvement in the public health care through participatory interventions. For example, patients were empowered to contribute in treatment processes with the help of mobile crowdsourcing and crowdsensing technologies. However, when using the latter technologies, one prominent challenge constitutes a continuous user engagement. Incentive management techniques can help to tackle this challenge by motivating users through rewards and recognition in exchange of task completion. For this purpose, we aim at developing a conceptual framework that can be integrated with existing mHealth mobile crowdsourcing and crowdsensing platforms. The development of this framework is based on insights we obtained from the TrackYourTinnitus (TYT) mobile crowdsensing platform. TYT, in turn, pursues the goal to reveal insights to the moment-to-moment variability of patients suffering from tinnitus. The work at hands presents evaluated data of TYT and illustrates how the results drive the idea of a conceptual framework for an incentive management in this context. Our results indicate that a proper incentive management should play an important role in the context of any mHealth platform that incorporates the idea of the crowd

Second-order polarizability of donor-acceptor substituted oligothiophenes : substituent variation and conjugation length dependence

Second-order polarizabilities and excited state dipole moments of a number of donor-acceptor substituted α-oligothiophenes have been investigated by use of electric field induced second harmonic generation (EFISH), solvatochromism and electrooptical absorption measurements (EOAM). The experimental results reveal that oligothiophenes are very effective conjugation units offering substantial enhancement of the second-order polarizability with increasing chain length

Functional Metaplasticity of Hippocampal Schaffer Collateral-CA1 Synapses Is Reversed in Chronically Epileptic Rats

Spatial learning and associating spatial information with individual experience are crucial for rodents and higher mammals. Hence, studying the cellular and molecular cascades involved in the key mechanism of information storage in the brain, synaptic plasticity, has led to enormous knowledge in this field. A major open question applies to the interdependence between synaptic plasticity and its behavioral correlates. In this context, it has become clear that behavioral aspects may impact subsequent synaptic plasticity, a phenomenon termed behavioral metaplasticity. Here, we trained control and pilocarpine-treated chronically epileptic rats of two different age groups (adolescent and adult) in a spatial memory task and subsequently tested long-term potentiation (LTP) in vitro at Schaffer collateral—CA1 synapses. As expected, memory acquisition in the behavioral task was significantly impaired both in pilocarpine-treated animals and in adult controls. Accordingly, these groups, without being tested in the behavioral training task, showed reduced CA1-LTP levels compared to untrained young controls. Spatial memory training significantly reduced subsequent CA1-LTP in vitro in the adolescent control group yet enhanced CA1-LTP in the adult pilocarpine-treated group. Such training in the adolescent pilocarpine-treated and adult control groups resulted in intermediate changes. Our study demonstrates age-dependent functional metaplasticity following a spatial memory training task and its reversal under pathological conditions