Abstract The way how people interact with machines will change in the future. Long have been the traditional ways – mouse and keyboard – the primary interface between man and computer. Recently, the voice and gesture controlled interfaces have been introduced in many devices but they have not yet become very popular. One possible direction where human-computer interfaces can go is to be able to completely hide the interface from the user and allow him or her to interact with the machines in a way that is more natural to human. This thesis introduces a smart living space concept that is a small step towards that direction. The interfacing is assumed to be done unnoticeably to the user via a wireless sensor network that is monitoring the user and analysing his or her behaviour and also using a hand held mobile device which can be used to control the system. A system for human body part segmentation is presented. The system is applied in various applications related to person identification from one’s gait and unusual activity detection. The system is designed to work robustly when the data streams provided by the sensor network are noisy. This increases the usefulness of the system in home environments where the person using the interface is either occluded by the static objects in the room or is interacting with any movable objects. The second part of the proposed smart living space concept is the mobile device carried by the user. Two methods that can be used in a hand gesture-based UI are proposed. A database for training such methods is proposed. / Tiivistelmä Tapa jolla ihmiset käyttävät tietokonetta on muuttumassa. Hiiri ja näppäimistö ovat olleet jo pitkään yleisimmät tavat, joilla tietokoneita on ohjattu. Uusia tapoja ohjata tietokonetta on kehitetty, mutta ne eivät ole vielä syrjäyttäneet perinteisiä menetelmiä täysin. Yksi todennäköinen muutos tulevaisuudessa on se, että käyttöliittymät sulautetaan ympäristöön ja sen myötä tehdään käyttökokemuksesta luonnollisempi ihmiselle. Tässä väitöskirjassa esitellään järjestelmä, joka muuttaa ihmisen elinympäristön älykkääksi. Langaton kameraverkko analysoi automaattisesti huoneen tapahtumia ja käyttäjä kontrolloi järjestelmää eleohjatulla mobiililaitteella. Väitöskirjassa esitellään menetelmä ihmisen ruumiinosien tunnistukseen, jota sovelletaan myös ihmisen tunnistukseen kävelytyylistä ja epänormaalien aktiviteettien tunnistukseen. Menetelmää suunnitellessa on painotettu sitä, että se toimisi myös silloin, kun käytettävissä on vain huonolaatuista ja kohinaista videodataa. Kohinaa aiheuttaa kotiympäristöissä erityisesti huonekalut, jotka osittain peittävät näkymää ja tavarat, joita huoneessa oleskeleva ihminen saattaa siirrellä. Toinen osa väitöskirjaa käsittelee mobiililaitteen ohjausta käsielein ja esittelee kaksi menetelmää, joilla tällainen käyttöliittymä on mahdollista toteuttaa. Toisen menetelmän opetuksessa käytetty käsitietokanta ja tietokannan vertailutulokset julkaistaan.

Abstract Tigers are endangered in the wild and face increasing threats from habitat loss and fragmentation. The majority of their range occurs in the Indian subcontinent, which is therefore a critical area for tiger conservation. Bengal tigers are distributed across many small protected areas in India. Two important Bengal tiger landscapes — Terai Arc Landscape (TAL) and Sundarbans in India were lacking in basic genetic information and needed to address the impact of anthropogenic pressure and climate change on their genetic makeup in order to identify conservation units. Therefore, I employed nuclear and mitochondrial genetic markers on TAL and Sundarbans tiger individuals to respond these demands for the first time. Thirty-nine heterologous microsatellite loci were screened on Bengal tigers and thirteen of these loci were selected to genotype Bengal tiger samples from western TAL (WTAL) and Sundarbans. After I had genotyped seventy-one Bengal tiger individuals from WTAL, I found cryptic population genetic structure, moderate gene flow and asymmetric migration among the subpopulation. Genetic diversity was moderate and there were no signs of population bottlenecks. In order to maintain the connectivity of subpopulations and avoid human—wildlife conflict, relocation of villages is necessary. Preventive measures against habitat encroachment and a ban on sand and boulder mining in the corridor area should also be implemented. Noninvasively-collected tiger samples from Sundarbans were analyzed for mitochondrial and microsatellite markers and compared with mainland (northern and peninsular) Bengal tiger populations in India. Sundarbans tigers were found to be genetically distinct and had lower genetic variation in comparison to other mainland tiger populations. Demographic analysis indicated recent historical isolation (600—2000 years ago) of the Sundarbans tiger from the mainland. Both historical and genetic evidence supported that the Sundarbans tiger was genetically connected to other mainland tigers until recently. Conclusively, genetic isolation from the mainland tiger population and adaptation to the mangrove ecosystem might have jointly shaped the genetic architecture of the Sundarbans tiger. Hence, the Sundarbans tiger needs special conservation attention for the preservation of its unique ability to adapt and for its genetic individuality. It should be managed as an evolutionary significant unit (ESU) under the adaptive evolutionary conservation (AEC) criteria. I also addressed a problem in the previously suggested sex-specific gene flow estimation method and recommended an alternative approach for a more precise estimation. / Tiivistelmä Tiikeri on nykyisin uhanalainen lajin elinympäristön supistumisen ja pilkkoutumisen vuoksi. Lajin tärkein esiintymisalue on Intian niemimaalla, joka on siten kriittisen tärkeä alue tiikerin suojelun kannalta. Intiantiikereitä esiintyy useilla pienillä suojelualueilla Intiassa. Kaksi tärkeää tiikerin esiintymisaluetta Intiassa ovat Terain kaaren (TAL) alue luoteis-Intiassa sekä Sundarbansin mangrovealue Bangladeshin rajalla. Näiden alueiden tiikereistä ei ole ollut olemassa geneettistä perustietoutta, jota tarvitaan, kun arvioidaan ihmisen toiminnan ja ilmastonmuutoksen aiheuttamia muutoksia tiikeripopulaatioiden geneettisessä koostumuksessa sekä kun määritellään lajin suojelun kannalta merkittäviä luonnonsuojeluyksikköjä. Tässä väitöskirjatutkimuksessa tutkittiin Terain kaaren ja Sundarbansin alueen tiikereiden geneettistä monimuotoisuutta ja rakennetta sekä tuman että mitokondrion geenimerkkien avulla. Tutkimuksessa selvitettiin kolmenkymmenyhdeksän tuman geenimerkin (mikrosatelliitin) soveltuvuutta intiantiikerin geneettisiin tutkimuksiin, ja näistä valittiin kolmetoista käytettäväksi läntisen Terain kaaren ja Sundarbansin alueiden tiikereiden geneettisiin tutkimuksiin. Terain kaaren alueelta tutkittiin seitsemänkymmenentäyksi intiantiikerinäytettä. Tulosten perusteella alueella on aikaisemmin havaitsematonta kryptistä populaatiorakennetta. Geenivirtaa eri alapopulaatioiden välillä oli kohtuullisen paljon, mutta se oli epäsymmetristä. Tiikereiden geneettinen monimuotoisuus oli melko suurta eikä geneettisillä menetelmillä havaittu eri alapopulaatioissa merkkejä populaation koon pullonkauloista. Jotta alapopulaatioiden välinen yhdistyneisyys säilyisi jatkossa, joidenkin kylien siirto toisaalle on välttämätöntä. Ihmisten luvaton levittäytyminen tiikerin elinalueita yhdistävillä käytävillä täytyisi saada hallintaan sekä kieltää hiekanotto ja kivenlouhinta. Sundarbansin alueelta ei-invasiivisesti kerätyt tiikerinäytteet tutkittiin sekä tuman että mitokondrion merkkigeenillä ja alueen tiikereiden geneettistä koostumusta verrattiin manner-Intian tiikeripopulaatioiden koostumukseen. Sundarbansin tiikereiden todettiin poikkeavan geneettisesti manneralueen tiikeripopulaatioista ja niiden geneettinen monimuotoisuus oli alhaisempaa kuin manneralueella. Koalesenssisimulaatiohin perustava demografinen analyysi viittasi Sundarbansin tiikereiden suhteellisen viimeaikaiseen (600—2000 vuotta sitten) erkanemiseen manneralueen tiikereistä. Sekä historialliset että geneettiset todisteet tukivat teoriaa, jonka mukaan Sundarbansin tiikereillä olisi ollut yhteyksiä mannermaan tiikereihin aivan viime aikoihin asti. Geneettinen isolaatio mannermaan tiikereistä ja adaptaatio mangrove-ekosysteemiin ovat yhdessä muovanneet Sundarbansin tiikereiden geneettistä arkkitehtuuria. Tämän vuoksi Sundarbansin tiikerit vaativat erityistä suojelua, jotta niiden geneettinen ainutlaatuisuus ja kyky sopeutua erityisolosuhteisiin säilyisivät myös tulevaisuudessa. Populaatiota täytyy hoitaa evolutiivisesti merkittävänä yksikkönä (evolutionary significant unit; ESU) adaptiivisen evolutiivisen suojelun (adaptive evolutionary conservation; AEC) kriteeristön mukaisesti. Tutkimuksessa kiinnitettiin huomiota myös ongelmiin, joita saattoi ilmetä aikaisemmin ehdotetuissa menetelmissä eri sukupuolten kautta kulkevan geenivirran määrän arvioimiseksi ja ehdotettiin vaihtoehtoista menetelmää tarkempien arvioiden saamiseksi.

Abstract The horse is one of the most important animals both culturally and historically in Finland. During the last 100 years the use of horses has changed as their roles in agricultural and forestry work and warfare have changed to companion in sport, therapy and recreation. In the 1960s the number of horses collapsed with the mechanization and urbanization. And yet their numbers are now rising with their popularity in recreation and sports. This study seeks to explain how the changing roles of the horse are displayed in the concepts of it, its handling and human-horse relationship in Finland. The time span of the research dates from the 1920s to 2000s but some background knowledge of horses from archaeology, history and ethnology are also used. This PhD study falls under the fields of cultural anthropology and human-animal studies. The main research material consists of interviews conducted by the researcher and written horse stories of Finnish people from the archives of the Finnish Literature Society. The theoretical-methodological framework in this study employs cognitive anthropology and narrative research. Those narratives which included personal experiences were analyzed with the interviews in order to find cultural models of human-horse relationship and to find the most common concepts and meanings given to horses. Furthermore, in the research the meaning of childhood experiences, different concepts of horses by different generations and genders, and the differences due to varying horse keeping traditions, such as trotting and riding, were identified. The analysis according to cultural model theory produced five cultural models based on the different concepts of horses and the ways they were handled such as servant, machine, hero, performer and therapist. Of these the servant and machine models were associated with the working horse, and in the servant model the human-horse relationship was described by trust, matching temperaments, and human leadership. Machine model included a mechanical idea of horses and was based on mistrust, disregard and domination towards the animal. The warhorse was seen as a hero that was anthropomorphized and respected more than other horses in the narratives. Of contemporary horses the sport horses were seen as performers and the human-horse relationship was based on practicality, reading the horse and human ambition. A leisure horse was considered a therapist with which the relationship was based on understanding, nurture and adventurous experience. The horse appears as a friend and an object of affection in all other models except the machine model. / Tiivistelmä Hevonen on yksi merkittävimpiä eläimiä Suomessa niin kulttuurisesti kuin historiallisesti. Sen rooli on kuitenkin muuttunut paljon viimeisen sadan vuoden aikana; kun 1960-luvulla hevosten määrä romahti maatalouden murroksen ja kaupungistumisen myötä, nykyään hevosten määrä nousee sen suosion kasvaessa harraste- ja urheilueläimenä. Tutkimuksessa tarkasteltiin, miten muutos näkyy suomalaisten hevoseen, hevosen käsittelyyn sekä ihmisen ja hevosen suhteeseen liittämissä käsityksissä. Ajallisesti tutkimus keskittyi 1920–2000-lukujen väliseen ajanjaksoon, mutta sitä taustoitettiin arkeologisella, historiallisella ja kansatieteellisellä tiedolla hevosesta. Kulttuuriantropologian sekä yhteiskuntatieteellisen ja humanistisen eläintutkimuksen erityisaloihin kuuluvan tutkimuksen pääaineisto koostui tekijän tekemistä haastatteluista sekä Suomalaisen Kirjallisuuden Seuran Hevostarinakeruu-kilpakeruuaineistosta. Tutkimuksen teoreettis-metodologinen viitekehys koostui kognitiivisen antropologian ja narratiivitutkimuksen näkökulmista. Tutkimusaineistoon valituista kokemuskertomuksista etsittiin kulttuurisia malleja hevosesta eli niissä yleisemmin esiintyviä käsityksiä ja merkityksiä. Tutkimuksessa kävivät lisäksi ilmi lapsuuden hevoskokemusten merkityksellisyys, eri sukupolvien ja sukupuolten erilaiset hevoskäsitykset ja eri hevosenkäsittelyperinteistä juontuvat erot esimerkiksi ravi- ja ratsastuskulttuureissa. Kulttuurimalliteorian mukaisen analyysin tuloksena löytyi viisi kulttuurista mallia hevosesta ja hevosen käsittelystä; palvelija-, kone-, sankari-, suorittaja- ja terapeuttimallit. Näistä palvelija- ja konemallit liittyivät työhevoseen. Palvelijamallin mukaan ihmisen ja hevosen suhdetta kuvasivat luottamus, luonteiden yhteen sopiminen ja ihmisen johtajuus. Konemalli perustui epäluuloon ja välinpitämättömyyteen hevosta kohtaan sekä hevosen alistamiseen. Sankarina näyttäytyi sotahevonen, jota inhimillistettiin ja kunnioitettiin kertomuksissa enemmän kuin muita hevosia. Nykyhevosista urheiluhevoset näyttäytyvät suorittajina ja suhteessa siihen korostuivat käytännöllisyys, hevosen lukeminen ja ihmisen kunnianhimo. Harrastehevonen oli monelle kertojalle terapeutti, jonka kanssa suhde perustui ymmärtämiseen, hoivaamiseen ja elämyksellisyyteen. Ystävänä ja kiintymyksen kohteena hevonen näyttäytyi kaikissa paitsi konemallissa.

Abstract This thesis investigates vision based description and recognition of human movements. Automated vision based human motion analysis is a fundamental technology for creating video based human computer interaction systems. Because of its wide range of potential applications, the topic has become an active area of research in the computer vision community. This thesis proposes the use of low level description of dynamics for human movement description and recognition. Two groups of approaches are developed: first, texture based methods that extract dynamic features for human movement description, and second, a framework that considers ballistic dynamics for human movement segmentation and recognition. Two texture based descriptions for human movement analysis are introduced. The first method uses the temporal templates as a preprocessing stage and extracts a motion description using local binary pattern texture features. This approach is then extended to a spatiotemporal space and a dynamic texture based method that uses local binary patterns from three orthogonal planes is proposed. The method needs no accurate segmentation of silhouettes, rather, it is designed to work on image data. The dynamic texture based description is also applied to gait recognition. The proposed descriptions have been experimentally validated on publicly available databases. Psychological studies on human movement indicate that common movements such as reaching and striking are ballistic by nature. Based on the psychological observations this thesis considers the segmentation and recognition of ballistic movements using low level motion features. Experimental results on motion capture and video data show the effectiveness of the method. / Tiivistelmä Tässä väitöskirjassa tutkitaan ihmisen liikkeen kuvaamista ja tunnistamista konenäkömenetelmillä. Ihmisen liikkeen automaattinen analyysi on keskeinen teknologia luotaessa videopohjaisia järjestelmiä ihmisen ja koneen vuorovaikutukseen. Laajojen sovellusmahdollisuuksiensa myötä aiheesta on tullut aktiivinen tutkimusalue konenäön tutkimuksen piirissä. Väitöskirjassa tutkitaan matalan tason piirteiden käyttöä ihmisen liikkeen dynaamiikan kuvaamiseen ja tunnistamiseen. Työssä esitetään kaksi tekstuuripohjaista mentelmää ihmisen liikkeen kuvaamiseen ja viitekehys ballististen liikkeiden segmentointiin ja tunnistamiseen. Työssä esitetään kaksi tekstuuripohjaista menetelmää ihmisen liikkeen analysointiin. Ensimmäinen menetelmä käyttää esikäsittelynä ajallisia kuvamalleja ja kuvaa mallit paikallisilla binäärikuvioilla. Menetelmä laajennetaan myös tila-aika-avaruuteen. Dynaamiseen tekstuuriin perustuva menetelmä irroittaa paikalliset binäärikuviot tila-aika-avaruuden kolmelta ortogonaaliselta tasolta. Menetelmä ei vaadi ihmisen siluetin tarkkaa segmentointia kuvista, koska se on suunniteltu toimimaan suoraan kuvatiedon perusteella. Dynaamiseen tekstuuriin pohjautuvaa menetelmää sovelletaan myös henkilön tunnistamiseen kävelytyylin perusteella. Esitetyt menetelmät on kokeellisesti vahvistettu yleisesti käytetyillä ja julkisesti saatavilla olevilla tietokannoilla. Psykologiset tutkimukset ihmisen liikkumisesta osoittavat, että yleiset liikkeet, kuten kurkoittaminen ja iskeminen, ovat luonteeltaan ballistisia. Tässä työssä tarkastellaan ihmisen liikkeen ajallista segmentointia ja tunnistamista matalan tason liikepiirteistä hyödyntäen psykologisia havaintoja. Kokeelliset tulokset liikkeenkaappaus ja video aineistolla osoittavat menetelmän toimivan hyvin.

Abstract Health behaviour change is challenging and is addressed by the international community. Many people try to effect change for a healthier lifestyle, but they find it difficult to sustain their new habits. Today, technological applications support people who want to change their behaviour, oftentimes by utilising social influence: The influence of others on one’s behaviour. Social influence consists of different aspects, the particularities of which are often neglected in design. This thesis focusses on the design of the social comparison aspect of social influence. Social comparison psychology supports the view that when facing a lack of objective measurements, people tend to compare themselves to others who are similar to them for self-evaluation, self-enhancement, self-prediction, and coping. In psychology, social comparison theory has shown great potential in the aforementioned areas as well as challenges regarding its application. In the design of technology, social comparison theory has been utilised but lacks extensive exploration. In this thesis, four perspectives are considered to better understand social comparison in design: Existing designs, designers’ perspective, healthcare professionals’ perspective, and user research for social comparison. The four perspectives are explored using qualitative methodologies and through design science research. The knowledge took the form of a Multiple-perspective Approach Design (MAD) for social comparison features in technology that supports health behaviour change. MAD aims to support designers when working with social comparison in health behaviour change, by presenting social comparison potentials and challenges informed by the different perspectives. MAD builds upon the knowledge transferred from the field of psychology regarding social comparison and on the research conducted to understand the four perspectives of social comparison. / Tiivistelmä Terveyskäyttäytymisen muutos on haastavaa ja sitä käsittelee kansainvälinen yhteisö. Monet ihmiset yrittävät tehdä muutoksia kohti terveellisempiä elämäntapoja, mutta heidän on vaikea ylläpitää uusia tapojaan. Tänä päivänä teknologiset sovellukset tukevat ihmisiä, jotka haluavat muuttaa käyttäytymistään, usein hyödyntämällä sosiaalista vaikutusta: toisten vaikutusta omaan käyttäytymiseen. Sosiaalinen vaikutus koostuu erilaisista näkökulmista, joiden erityispiirteitä on usein laiminlyöty suunnittelussa. Tässä opinnäytetyössä keskitytään sosiaalisen vertailun näkökulman suunnitteluun sosiaalisessa vaikutuksessa. Sosiaalisen vertailun psykologia tukee näkemystä siitä, että objektiivisten mittausten puuttuessa, ihmiset pyrkivät vertaamaan itseään muihin, jotka ovat samankaltaisia, itsearvioinnin, itsensä vahvistamisen, itsearvioinnin ja selviytymisen kannalta. Psykologiassa sosiaalisen vertailun teoria on osoittanut potentiaalinsa edellä mainituilla aloilla, mutta sen soveltamiseen liittyy haasteita. Sosiaalisen vertailun teoriaa on hyödynnetty teknologian suunnittelussa, mutta laaja-alaisempi tutkimus aiheesta on puutteellista. Tässä opinnäytetyössä tarkastellaan neljää näkökulmaa ymmärtämään paremmin sosiaalista vertailua suunnittelussa: Olemassa olevat mallit, suunnittelijoiden näkökulma, terveydenhuollon ammattilaisten näkökulma ja käyttäjätutkimus sosiaaliseen vertailuun. Näitä neljää näkökulmaa tutkitaan käyttämällä laadullisia tutkimusmenetelmiä ja suunnittelutieteellistä tutkimusta. Kerätyn tiedon perusteella muodostettiin monia toimijoita tarkasteleva lähestymistapa suunnitteluun (MAD), joka koskee sosiaalisen vertailun ominaisuuksia teknologiassa, joka tukee terveyskäyttäytymisen muutosta. MAD pyrkii tukemaan suunnittelijoita, jotka työskentelevät sosiaalisen vertailun parissa terveyskäyttäytymisen muutoksessa, esittämällä sosiaalisen vertailun mahdollisuuksia ja haasteita, joita on kerätty eri näkökulmista. MAD perustuu psykologian alalta kerättyyn tietämykseen sosiaalista vertailusta ja toteutettuun tutkimukseen, joka on tehty sosiaalisen vertailun neljän näkökulman ymmärtämiseksi.

Abstract Gestures are present in most daily human activities and automatic gestures analysis is a significant topic with the goal of enabling the interaction between humans and computers as natural as the communication between humans. From a computer vision perspective, a gesture analysis system is typically composed of two stages, the low-level stage for human motion detection and the high-level stage for understanding human gestures. Therefore, this thesis contributes to the research on gesture analysis from two aspects, 1) Detection: human motion segmentation from video sequences, and 2) Understanding: gesture cues extraction and recognition. In the first part of this thesis, two sparse signal recovery based human motion detection methods are presented. In real videos the foreground (human motions) pixels are often not randomly distributed but have the group properties in both spatial and temporal domains. Based on this observation, a spatio-temporal group sparsity recovery model is proposed, which explicitly consider the foreground pixels' group clustering priors of spatial coherence and temporal contiguity. Moreover, a pixel should be considered as a multi-channel signal. Namely, if a pixel is equal to the adjacent ones that means all the three RGB coefficients should be equal. Motivated by this observation, a multi-channel fused Lasso regularizer is developed to explore the smoothness of multi-channels signals. In the second part of this thesis, two human gesture recognition methods are presented to resolve the issue of temporal dynamics, which is crucial to the interpretation of the observed gestures. In the first study, a gesture skeletal sequence is characterized by a trajectory on a Riemannian manifold. Then, a time-warping invariant metric on the Riemannian manifold is proposed. Furthermore, a sparse coding for skeletal trajectories is presented by explicitly considering the labelling information, with the aim to enforcing the discriminant validity of the dictionary. In the second work, based on the observation that a gesture is a time series with distinctly defined phases, a low-rank matrix decomposition model is proposed to build temporal compositions of gestures. In this way, a more appropriate alignment of hidden states for a hidden Markov model can be achieved. / Tiivistelmä Eleet ovat läsnä useimmissa päivittäisissä ihmisen toiminnoissa. Automaattista eleiden analyysia tarvitaan laitteiden ja ihmisten välisestä vuorovaikutuksesta parantamiseksi ja tavoitteena on yhtä luonnollinen vuorovaikutus kuin ihmisten välinen vuorovaikutus. Konenäön näkökulmasta eleiden analyysijärjestelmä koostuu ihmisen liikkeiden havainnoinnista ja eleiden tunnistamisesta. Tämä väitöskirjatyö edistää eleanalyysin-tutkimusta erityisesti kahdesta näkökulmasta: 1) Havainnointi - ihmisen liikkeiden segmentointi videosekvenssistä. 2) Ymmärtäminen - elemarkkerien erottaminen ja tunnistaminen. Väitöskirjan ensimmäinen osa esittelee kaksi liikkeen havainnointi menetelmää, jotka perustuvat harvan signaalin rekonstruktioon. Videokuvan etualan (ihmisen liikkeet) pikselit eivät yleensä ole satunnaisesti jakautuneita vaan niillä toisistaan riippuvia ominaisuuksia spatiaali- ja aikatasolla tarkasteltuna. Tähän havaintoon perustuen esitellään spatiaalis-ajallinen harva rekonstruktiomalli, joka käsittää etualan pikseleiden klusteroinnin spatiaalisen koherenssin ja ajallisen jatkuvuuden perusteella. Lisäksi tehdään oletus, että pikseli on monikanavainen signaali (RGB-väriarvot). Pikselin ollessa samankaltainen vieruspikseliensä kanssa myös niiden värikanava-arvot ovat samankaltaisia. Havaintoon nojautuen kehitettiin kanavat yhdistävä lasso-regularisointi, joka mahdollistaa monikanavaisen signaalin tasaisuuden tutkimisen. Väitöskirjan toisessa osassa esitellään kaksi menetelmää ihmisen eleiden tunnistamiseksi. Menetelmiä voidaan käyttää eleiden ajallisen dynamiikan ongelmien (eleiden nopeuden vaihtelu) ratkaisemiseksi, mikä on ensiarvoisen tärkeää havainnoitujen eleiden oikein tulkitsemiseksi. Ensimmäisessä menetelmässä ele kuvataan luurankomallin liikeratana Riemannin monistossa (Riemannian manifold), joka hyödyntää aikavääristymille sietoista metriikkaa. Lisäksi esitellään harvakoodaus (sparse coding) luurankomallien liikeradoille. Harvakoodaus perustuu nimiöintitietoon, jonka tavoitteena on varmistua koodisanaston keskinäisestä riippumattomuudesta. Toisen menetelmän lähtökohtana on havainto, että ele on ajallinen sarja selkeästi määriteltäviä vaiheita. Vaiheiden yhdistämiseen ehdotetaan matala-asteista matriisihajotelmamallia, jotta piilotilat voidaan sovittaa paremmin Markovin piilomalliin (Hidden Markov Model).

Abstract Organogenesis involves precursor cells proliferation, differentiation along with their coordinated organization into precise multicellular arrangements by planar cell polarity (PCP) pathways. The beta-catenin independent/non-canonical type of Wnt-11 signaling has been known as a PCP modulator during development. In this thesis were analyzed the roles of Wnt-11 in heart and kidney development by using in vivo functional genomics technologies. We show that the Wnt-11 gene is important for murine ventricular myocardium development, since Wnt-11 deficiency in early cardiogenesis leads to impaired organization and maturation of mouse ventricular cardiomyocytes, causing primary cardiomyopathy with in utero lethality. Wnt-11 coordinates the co-localized expression of the cell adhesion molecules N-cadherin and β-catenin, which are critical for the spatially specific organization of cardiomyocytes. We show that Wnt-11 deficiency causes primary hypertrophic and noncompaction cardiomyopathy in adult mice, with consequences for regional myocardium function. The Wnt family of secreted signals has been implicated in kidney tubule development and tubular cystic diseases such as polycystic kidney disease. We show here that Wnt-11 is expressed in mature nephrons and is involved in late steps of nephrogenesis, since the kidney tubule organization is deregulated in Wnt-11 deficient kidneys, to enlarged lumen with increased convolution. These tubule abnormalities are associated with glomerular microcyst formation and kidney failure. Wnt-11 deficiency reduced significantly Wnt-9b expression, a critical signal for PCP-mediated kidney tubule elongation. In the cortical region this associated with reduced expression of nephron and stromal progenitor cell marker. The results in this thesis point out that Wnt-11 function is required for proper myocardium organization and maturation as well as proper morphogenesis of the kidney tubules during the embryonic and postnatal developmental stages. Wnt-11 knockout phenotypes depend on the genetic background, similarly to human congenital disease. This data may be relevant for human congenital cardiomyopathy and glomerulocystic kidney disease studies. / Tiivistelmä Alkion sisäelinten kehityksen aikana esisolut lisääntyvät ja erilaistuvat muodostaen tarkoin määriteltyjä monisoluisia rakenteita. Muodostuvan kudosrakenteen määrittelyssä erilaiset solusignaalit ovat keskeisessä asemassa. Yksi näistä on nk. Wnt signaali perhe. Wnt perheeen jäsen Wnt-11 tehtävät on huonosti tunnettu. Wnt-11 viestittää ilmeisesti nk. planaaristen solupolariteettireittien (PCP) avulla, joka on beeta-kateniinista riippumattoman nk. ei-kanonisen Wnt signaali. Väitöskirjatyössä selvitettiin Wnt-11:n vaikutuksia sydämen ja munuaisten kehitykseen in vivo funktionaalisten genomisten menetelmien avulla. Ihmisen synnynnäiset kardiomyopatiat ovat sydänlihaksen ensisijaisia vaurioita, joiden taustalla on sydänlihaksen kehityshäiriö. Tutkimuksessa osoitetaan, että Wnt-11-geenillä on tärkeä merkitys hiiren sydänkammion kehitykselle, koska Wnt-11-geenin puute sydämen varhaisen kehityksen vaiheessa johtaa sydänlihassolujen järjestäytymisen ja kypsymisen häiriintymiseen, jolloin seurauksena on ensisijaisesta kardiomyopatiasta johtuva sikiökuolema. Wnt-11 koordinoi kahden solukiinnitysmolekyylin, N-kadheriinin ja β-kateniinin, samanaikasta ilmentymistä. Kyseiset molekyylit ovat keskeisen tärkeitä sydänlihasssolujen spatiaalisen järjestäytymisen kannalta. Tutkimuksessa osoitetaan, että Wnt-11-puutos aiheuttaa aikuisilla hiirillä ensisijaista sydänlihaksen liikakasvua ja trabekuloivaa kardiomyopatiaa, mikä vaikuttaa sydänlihaksen toimintaan. Tuloksilla voi olla merkitystä tutkittaessa ihmisen synnynnäisiä kardiomyopatioita. Wnt-signaaliperheen on osoitettu olevan yhteydessä munuaisputken kehitykseen ja sen sairauksiin, kuten munuaisten monirakkulatautiin. Väitöstutkimuksessa osoitetaan, että Wnt-11 ilmentyy kypsissä nefroneissa ja että se osallistuu nefrogeneesiin myöhempiin vaiheisiin, koska munuaisputken kehityksen säätely on poikkeavaa niissä munuaisissa, joista Wnt-11 puuttuu. Seurauksena on laajentunut, normaalia poimuttuneempi luumen. Munuaisputken poikkeavuuksilla oli yhteyttä munuaiskerästen mikrokystien muodostumiseen sekä munuaisten vajaatoimintaan. Wnt-11 -puute vähensi huomattavasti Wnt-9b-ilmentymistä, joka on PCP-välitteisen munuaisputken pidentymisen kannalta keskeisen tärkeä signaali. Kortikaalialueella Wnt9b:n vaimennussäätely liittyi poikkeavaan solujen lisääntymiseen, apoptoosiin ja kypsymiseen sekä vähentyneeseen nefroni- ja stroomakantasolujen merkkiaineen ilmentymiseen. Väitöskirjatutkimuksen tulokset viittaavat siihen, että Wnt-11 -toiminto on välttämätön sydänlihaksen normaalin muodostumisen ja kypsymisen sekä munuaisputken normaalin morfogeneesin kannalta sikiövaiheen ja syntymän jälkeisen kehityksen aikana. Wnt-11 -poistogeenisen hiiren fenotyypi riippuu geneettisestä tausta, samaan tapaan kuin ihmisen synnynnäisissä sairauksissa. Väitöstutkimuksesta saatavalla tiedolla voi olla merkitystä tutkittaessa ihmisen synnynnnäistä kardiomyopatiaa ja munuaisten monirakkulatautia.