We are developing new machine olfactomics for various applications

10.10.2018

Markus Karjalainen (2)

When you write the application for foundations, you write your research as promising as you can, to maximize the probability to get the funding. Now when I have got it and spent it. It is time to reflect whether I have done planned tings.

When designing machine noses the heat mapping is a helpful tool

Technical challenges

Since last spring, we have greatly progressed on technical issues. Back then, we struggled with contaminating the measurement instrument. It was contaminated after few samples, and we had to clean it repeatedly to get the thing work. For success, we needed hundreds of proper measurements in a row, so the needed improvement was quite significant.

To manage the contamination, first we tried the common medicine in artificial olfactomics: heating. It helped, but not as much as we needed. Then after studying the subject deeper, we got to the field of aerosol technology. There we got a good idea with help of aerosol researcher Dr. Sampo Saari. Actually, it turned to be a little too good idea. I mean economically promising. Economically interesting ideas always slows the research, since it is not possible to ignore the patenting options et cetera.

During these studies, we got one good study on smoke particles, and issue related to people’s health. (These results will be published soon.) After the episode with contamination and smoke, our system worked a far better, but some time had gone as well. Now we could measure samples pretty much, as we planned in the research plan.

Machine learning

After the machine learning has been applicable for sensor technology, the paradigm of many automated measurement has been changed quite significantly. Earlier, engineers needed to know every function inside the machine. Now with machine learning it is enough that you design proper hardware, so that, the machine gets repeatable and rational input, containing the critical information. Then, with a proper teaching methods machine really learns how to interpret result correctly. This seems to be especially effective in fields where you have complex measurement results, but you need only yes, or no, or a small amount of possible final answers. In long run, it is amazing to think how machines might work in the future, could they reach understanding? Could they choose between own and common good?

The next thig in our research was to tackle the sample consumption. Since the machine learning and the principle of our measurements, we could not exactly say how the most important information is spread to the measurement spectrum. That is why it was beneficial to measure with higher details and resolution than needed, and later we could optimize and decrease the spectrum resolution. We tested this improved technology, with test samples, and it seemed to work fine. The sample consumption was decreased at least hundred times, but experiments with valuable samples and meaningful for our society are still on the way.

So did I reach the plans in the research plan? Yes and no. We could greatly improve the system, we got good meaningful results and the research is going on fine on significant subject. Also no, there should be more public results available. Combining an economically driven and common good driven research is challenging. I’m just thinking that if on some day, machines would struggle on moral issues, should we give them a warm and sarcastic welcome party, or encourage them not to give up if they fall.

 

Markus Karjalainen is a doctoral student in Tampere University of Technology. He is doing research in gas spectroscopy and artificial olfactomics. He got annual TES grant for making the doctoral thesis.

Uusimmat artikkelit

We are developing new machine olfactomics for various applications

Kirjoittajalta Noora Kuparinen / 10.10.2018

We are developing new machine olfactomics for various applications 10.10.2018 When you write the application for foundations, you write your research as promising as you can, to maximize the probability to get the funding. Now when I have got it and spent it. It is time to reflect whether I have done planned tings. Technical … Jatka artikkeliin We are developing new machine olfactomics for various applications

Nepalin kehittyvällä maaseudulla vesienhallinnan toimeenpanossa huomioitava epämuodollinen paikallisympäristö

Kirjoittajalta Noora Kuparinen / 19.9.2018

Nepalin kehittyvällä maaseudulla vesienhallinnan toimeenpanossa huomioitava epämuodollinen paikallisympäristö 19.9.2018 Väitöstutkimukseni keskittyi vedenkäytön ja -hallinnan käytännön toimeenpanon kehittämiseen syjäisillä vuoristoalueilla Nepalin köyhimmillä ja syrjäisimmillä alueilla. Tutkimuksissani opin, että näillä alueilla suuri osa käytännön toimeenpanosta tapahtuu sääntelevän virallisen hallinnon ja suunniteltujen kehitysinstituutioiden ulkopuolella epämuodollisissa konteksteissa, eli hyvässä ja pahassa paikallisin tavoin järjestetysti. Väitöskirjassani todetaankin, että nämä vähemmän … Jatka artikkeliin Nepalin kehittyvällä maaseudulla vesienhallinnan toimeenpanossa huomioitava epämuodollinen paikallisympäristö

Aivotutkimusta elokuvan avulla

Kirjoittajalta Noora Kuparinen / 13.9.2018

Aivotutkimusta elokuvan avulla 13.09.2018 Tutkin väitöskirjassani, mitä aivoissa tapahtuu elokuvan katselemisen aikana. Elokuvat synnyttävät katsojan aivoissa monitasoisia, esimerkiksi aistihavaintoihin, kognitioon tai tunteisiin liittyviä prosesseja, ja siten tarjoavat kiinnostavia mahdollisuuksia aivotoiminnan tutkimiselle. Samalla saamme ymmärrystä siitä, kuinka aivomme toimivat jokapäiväisessä toimintaympäristössämme, jossa kohtaamme monenlaisia ärsykkeitä ja vuorovaikutustilanteita. Mittasimme koehenkilöiden aivojen toimintaa heidän istuessaan magnetoenkefalografialaitteessa (MEG) ja … Jatka artikkeliin Aivotutkimusta elokuvan avulla

Nepalin kehittyvällä maaseudulla vesienhallinnan toimeenpanossa huomioitava epämuodollinen paikallisympäristö

19.9.2018

Juho Haapala

Väitöstutkimukseni keskittyi vedenkäytön ja -hallinnan käytännön toimeenpanon kehittämiseen syjäisillä vuoristoalueilla Nepalin köyhimmillä ja syrjäisimmillä alueilla. Tutkimuksissani opin, että näillä alueilla suuri osa käytännön toimeenpanosta tapahtuu sääntelevän virallisen hallinnon ja suunniteltujen kehitysinstituutioiden ulkopuolella epämuodollisissa konteksteissa, eli hyvässä ja pahassa paikallisin tavoin järjestetysti. Väitöskirjassani todetaankin, että nämä vähemmän tunnetut epämuodolliset sosiaaliset tilat ovat ratkaisevia maaseudun kehitysprosessien kannalta.

Paremmalla vesienhallinnalla valtavat mahdollisuudet vaikuttaa paikalliseen elämään

Vesi on elintärkeä resurssi erityisesti kehittyvälle maaseudulle, sillä vesivarojen saatavuus on perusedellytys maaseudun elinkeinoille sekä asukkaiden terveydelle ja elämänlaadulle. Vesijärjestelmiä tarvitaan luonnollisesti kotitalouksissa juomaveden saamiseksi, mutta tutkimusympäristössä veden johtaminen kotitalouksien lähelle on tuiki tärkeää myös ihmisten ruokaturvan ja ruokavalion parantamiseksi kotiviljelmien avulla, sekä hygienian ylläpidon helpottamiseksi ja pitkienkin vedenhakumatkojen vähentämiseksi. Suuremmassa mittakaavassa riisipeltojen kastelu on suurin veden johtamista vaativa toiminto. Syrjäisellä maaseudulla pienvesivoima on hyvä tapa sähköistää kyliä, minkä johdosta veden hallinta vaikuttaa monia uusia elinkeinoja mahdollistaen. Näiden lisäksi vesijärjestelmien ylläpito vaatii institutionaalista yhteistyötä ja kehittää siten paikallista tekemisen kulttuuria ja tarjoaa mahdollisuuksia harvinaisiin palkkatöihin. Parhaassa tapauksessa tämä toimeliaisuus ylläpitää maassa rauhaa.

Näistä ilmeisistä paikallisille koituvista hyödyistä huolimatta vedenkäytön hallinta on kehittymätöntä Nepalin syrjäisillä vuoristoalueilla. Kehityspotentiaali on siis suuri. Väitöstyöni päätutkimuskysymys onkin siksi "Mitä käytännössä toteuttamiskelpoisia tapoja on toimeenpanna ja hallita vesipalveluja kehittyvillä vuoristoisilla maaseutualueilla?"

Paikallistason toimeenpanossa tulee huomioida epämuodolliset paikalliskontekstit

Tutkimuslöydökset korostavat, että suuri osa operatiivisesta toimeenpanosta ja paikallisesta institutionaalisesta toiminnasta tapahtuu sosiaalisissa ympäristöissä, jotka eivät ole sääntelevän hallinnon instituutioiden välittömässä vaikutuksessa. Väitöskirjassa todetaan, että nämä sosiaaliset tilat ovat silti ratkaisevia kehitysprosessien kannalta. Niiden syvempi ymmärrys ja saatujen oppien linkittäminen kehityksen toimeenpanoon voisi hyödyttää implementointia.

Väitös osoittaa myös, että yksilöt ja heidän väliset muodolliset ja epämuodolliset vuorovaikutuksensa ovat vesivarojen hallinnan ja paikallisen kehityksen kannalta avainasemassa kehittyvällä syrjäisellä maaseudulla.Yksilöillä on tärkeä kaksoisrooli ylhäältä alas suuntautuvan hallinnan välittäjinä ja toisaalta paikallisen, alhaalta ylöspäin suuntautuvan ongelmanratkaisun osallistujina. Viimeksi mainittu rooli on vähemmän tunnistettu, mutta silti ratkaiseva kehitysprosessien kannalta.

Kirjoittaja Juho Haapala  työskentelee Nepalin kaukolännessä paikallisten vesivarojen hallinnan kehityshankkeessa. Hän sai Tekniikan edistämissäätiöltä kannustusapurahan samaan aihepiiriin liittyviin jatko-opintoihinsa Aalto-yliopistossa keväällä 2018

 

 

Uusimmat artikkelit

We are developing new machine olfactomics for various applications

Kirjoittajalta Noora Kuparinen / 10.10.2018

We are developing new machine olfactomics for various applications 10.10.2018 When you write the application for foundations, you write your research as promising as you can, to maximize the probability to get the funding. Now when I have got it and spent it. It is time to reflect whether I have done planned tings. Technical … Jatka artikkeliin We are developing new machine olfactomics for various applications

Nepalin kehittyvällä maaseudulla vesienhallinnan toimeenpanossa huomioitava epämuodollinen paikallisympäristö

Kirjoittajalta Noora Kuparinen / 19.9.2018

Nepalin kehittyvällä maaseudulla vesienhallinnan toimeenpanossa huomioitava epämuodollinen paikallisympäristö 19.9.2018 Väitöstutkimukseni keskittyi vedenkäytön ja -hallinnan käytännön toimeenpanon kehittämiseen syjäisillä vuoristoalueilla Nepalin köyhimmillä ja syrjäisimmillä alueilla. Tutkimuksissani opin, että näillä alueilla suuri osa käytännön toimeenpanosta tapahtuu sääntelevän virallisen hallinnon ja suunniteltujen kehitysinstituutioiden ulkopuolella epämuodollisissa konteksteissa, eli hyvässä ja pahassa paikallisin tavoin järjestetysti. Väitöskirjassani todetaankin, että nämä vähemmän … Jatka artikkeliin Nepalin kehittyvällä maaseudulla vesienhallinnan toimeenpanossa huomioitava epämuodollinen paikallisympäristö

Aivotutkimusta elokuvan avulla

Kirjoittajalta Noora Kuparinen / 13.9.2018

Aivotutkimusta elokuvan avulla 13.09.2018 Tutkin väitöskirjassani, mitä aivoissa tapahtuu elokuvan katselemisen aikana. Elokuvat synnyttävät katsojan aivoissa monitasoisia, esimerkiksi aistihavaintoihin, kognitioon tai tunteisiin liittyviä prosesseja, ja siten tarjoavat kiinnostavia mahdollisuuksia aivotoiminnan tutkimiselle. Samalla saamme ymmärrystä siitä, kuinka aivomme toimivat jokapäiväisessä toimintaympäristössämme, jossa kohtaamme monenlaisia ärsykkeitä ja vuorovaikutustilanteita. Mittasimme koehenkilöiden aivojen toimintaa heidän istuessaan magnetoenkefalografialaitteessa (MEG) ja … Jatka artikkeliin Aivotutkimusta elokuvan avulla

Aivotutkimusta elokuvan avulla

13.09.2018

Kaisu Lankinen, Tekniikan edistämissäätiö

Tutkin väitöskirjassani, mitä aivoissa tapahtuu elokuvan katselemisen aikana. Elokuvat synnyttävät katsojan aivoissa monitasoisia, esimerkiksi aistihavaintoihin, kognitioon tai tunteisiin liittyviä prosesseja, ja siten tarjoavat kiinnostavia mahdollisuuksia aivotoiminnan tutkimiselle. Samalla saamme ymmärrystä siitä, kuinka aivomme toimivat jokapäiväisessä toimintaympäristössämme, jossa kohtaamme monenlaisia ärsykkeitä ja vuorovaikutustilanteita.

Mittasimme koehenkilöiden aivojen toimintaa heidän istuessaan magnetoenkefalografialaitteessa (MEG) ja katsellessa elokuvaa. Magnetoenkefalografialla pystytään mittaamaan aivotoiminnan synnyttämiä magneettikenttiä jopa millisekuntien tarkkuudella, ja siten voidaan tutkia hyvin nopeita muutoksia aivotoiminnassa. Sekä elokuvan synnyttämä aivotoiminta että mitatut signaalit ovat kuitenkin hyvin monimutkaisia, ja kiinnostavan informaation löytäminen suuresta määrästä mittausdataa on haastavaa. Tämän vuoksi väitöskirjassani kehitettiin ja sovellettiin koneoppimiseen perustuvia uudenlaisia lähestymistapoja ja menetelmiä mittausten analysoimiseksi.

Synkroniaa katsojien välillä

Kuinka samalla tavalla eri ihmiset näkevät saman elokuvan? Eräs tutkimukseni keskeisistä kysymyksistä oli selvittää, kuinka samankaltaista eri henkilöiden aivotoiminta oli heidän katselleessaan samaa elokuvaa. Tulokset osoittivat, että tietyt aivojen osat toimivat ajallisesti tarkasti synkroniassa eri koehenkilöillä. Tällaisia aivoalueita olivat mm. varhaiseen näköhavaintojen käsittelyyn, motoriseen toimintaan ja kognitioon liittyvät aivojen osat.

Kosketuksen katsominen näkyy aivoissa

Selvitimme elokuvan avulla myös, mitä aivoissa tapahtuu toisen henkilön tuntoaistimuksia katsellessa. Huomasimme, että koehenkilöiden tuntoaivokuoren toiminta muuttui elokuvan sisällön kanssa samaan tahtiin, kun elokuvan kohtauksissa esiintyi tuntoaistiin liittyviä ilmiöitä. Tällaisissa elokuvakohtauksissa elokuvan päähenkilö esimerkiksi liukui käsiensä varassa pitkin kallionseinämää tai tunnusteli rannalta keräämiään kiviä.

Uusia lähestymistapoja aivotutkimukseen

Tulosten perusteella voidaan sanoa, että elokuvan katsominen synnyttää katsojien välillä tarkasti synkronoitunutta aivotoimintaa, ja että elokuvan sisältö korreloi katsojan aivotoiminnan kanssa tietyillä aivoalueilla. Tutkimuksen myötä saatiin myös uusia analyysimenetelmiä monimutkaisten aivosignaalien analyysiin. Näitä menetelmiä voidaan tulevaisuudessa soveltaa myös muissa koeasetelmissa, esimerkiksi puheen kuuntelemisen aikana kerätyn mittausdatan analyysissä.

Kaisu Lankisen väitöskirja ”Dynamics of brain activity during movie viewing (Aivokuoren dynamiikka elokuvan katselun aikana)” tehtiin Aalto yliopistossa, Neurotieteen ja lääketieteellisen tekniikan laitoksella, ja tarkastettiin tammikuussa 2018. Hän sai Tekniikan edistämissäätiöltä apurahaa jatko-opintoihin ja väitöskirjan viimeistelyyn vuonna 2017. Tällä hetkellä kirjoittaja työskentelee post doc -tutkijana Kalifornian yliopistossa Berkeleyssä.

Elektroninen väitöskirja: http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-60-7807-6

Uusimmat artikkelit

We are developing new machine olfactomics for various applications

Kirjoittajalta Noora Kuparinen / 10.10.2018

We are developing new machine olfactomics for various applications 10.10.2018 When you write the application for foundations, you write your research as promising as you can, to maximize the probability to get the funding. Now when I have got it and spent it. It is time to reflect whether I have done planned tings. Technical … Jatka artikkeliin We are developing new machine olfactomics for various applications

Nepalin kehittyvällä maaseudulla vesienhallinnan toimeenpanossa huomioitava epämuodollinen paikallisympäristö

Kirjoittajalta Noora Kuparinen / 19.9.2018

Nepalin kehittyvällä maaseudulla vesienhallinnan toimeenpanossa huomioitava epämuodollinen paikallisympäristö 19.9.2018 Väitöstutkimukseni keskittyi vedenkäytön ja -hallinnan käytännön toimeenpanon kehittämiseen syjäisillä vuoristoalueilla Nepalin köyhimmillä ja syrjäisimmillä alueilla. Tutkimuksissani opin, että näillä alueilla suuri osa käytännön toimeenpanosta tapahtuu sääntelevän virallisen hallinnon ja suunniteltujen kehitysinstituutioiden ulkopuolella epämuodollisissa konteksteissa, eli hyvässä ja pahassa paikallisin tavoin järjestetysti. Väitöskirjassani todetaankin, että nämä vähemmän … Jatka artikkeliin Nepalin kehittyvällä maaseudulla vesienhallinnan toimeenpanossa huomioitava epämuodollinen paikallisympäristö

Aivotutkimusta elokuvan avulla

Kirjoittajalta Noora Kuparinen / 13.9.2018

Aivotutkimusta elokuvan avulla 13.09.2018 Tutkin väitöskirjassani, mitä aivoissa tapahtuu elokuvan katselemisen aikana. Elokuvat synnyttävät katsojan aivoissa monitasoisia, esimerkiksi aistihavaintoihin, kognitioon tai tunteisiin liittyviä prosesseja, ja siten tarjoavat kiinnostavia mahdollisuuksia aivotoiminnan tutkimiselle. Samalla saamme ymmärrystä siitä, kuinka aivomme toimivat jokapäiväisessä toimintaympäristössämme, jossa kohtaamme monenlaisia ärsykkeitä ja vuorovaikutustilanteita. Mittasimme koehenkilöiden aivojen toimintaa heidän istuessaan magnetoenkefalografialaitteessa (MEG) ja … Jatka artikkeliin Aivotutkimusta elokuvan avulla