Abstract In addition to the visual information, external light causes non-image-forming (NIF) effects that modulate brain function and induce psychophysiological effects. The light signal is traditionally assumed to only be mediated via the eyes. Recent studies have suggested the existence of putatively light sensitive structures in the rodent and human brain and penetration of light into the skull and brain tissue has been observed. The brain activation observed during transcranial bright light (TBL) exposure indicates a direct light responsivity of brain tissue. The aim of this thesis was to explore the psychophysiological responses related to TBL. The studies comprising this thesis were conducted in healthy subjects and patients suffering from seasonal affective disorder. TBL exposure was administered via the ear canals in all study settings using light-emitting diodes (LEDs). The comparisons in studies I, II, and III were conducted against the inactivated sham device. Study IV explored the effect of TBL dose. Neither melatonin nor cortisol secretions were altered when acutely exposed to nocturnal TBL. Circadian profiles in TBL setting were in parallel to control conditions for both hormones. Intermittent TBL exposure led to alleviation of jet lag symptoms. Overall post-travel jet lag symptoms as well as subjective feelings of fatigue, inertia, and forgetfulness were reduced. The time to execute the motor response i.e. motor time with a visual warning signal was improved by the TBL treatment. TBL alleviated both depressive and anxiety symptoms related to seasonal affective disorder (SAD). A dose-response relationship regarding the intensity of dose administered via the ear canals was not found. Altogether, TBL seems to affect human brain function by alleviating symptoms of jet lag and SAD and improving psychomotor performance. The acute effect is suggested to be mediated via structures unrelated to acute melatonin secretion i.e. the retinohypotalamic tract (RHT). These results support the light sensitivity of the human brain although the mechanism of action is not yet established. / Tiivistelmä Visuaalisen informaation lisäksi valo aiheuttaa käytöksellisiä ja fysiologisia vaikutuksia, jotka eivät liity kuvan muodostamiseen. Yleisesti vaikutuksen ajatellaan välittyvän aivoihin ainoastaan silmien kautta. Viimeaikaiset tutkimukset ovat havainneet jyrsijöiden ja ihmisten aivoissa mahdollisesti valolle vasteellisia rakenteita. Valon on osoitettu lisäksi läpäisevän kallon ja saavuttavan aivokudoksen. Aivojen aktivoituminen kallon läpi annettavan valoaltistuksen aikana viittaa myös suoraan aivojen valovasteellisuuteen. Tämän väitöskirjan tavoitteena oli tarkastella vaikuttaako kallon läpi annettava valo ihmisen psykofysiologiaan. Tähän väitöskirjaan sisällytetyt tutkimukset tehtiin terveillä vapaaehtoisilla tutkittavilla ja kaamosmasennuspotilailla. Ledin avulla tuotettu valo annettiin kaikissa tutkimusasetelmissa korvakäytävien kautta. Tutkimukset I, II ja III tehtiin lumekontrolliasetelmassa. Tutkimuksessa IV tarkasteltiin valon annosvastetta. Akuutin yöaikaisen valoaltistuksen ei havaittu muuttavan melatoniinin tai kortisolin eritystä. Molempien hormonien vuorokausieritysprofiilit olivat kontrolliasetelman kaltaiset. Jaksottaisen valoaltistuksen havaittiin lievittävän aikaerorasituksen kokonaisoireita ja vähentävän väsymystä, inertiaa ja hajamielisyyttä. Motorisen nopeuden havaittiin paranevan kolmen viikon valohoitojakson aikana. Lisäksi neljän viikon valohoitojakso lievitti kaamosmasennukseen liittyviä masennus- ja ahdistusoireita. Vaikutuksessa ei havaittu eroa eri valoannoksen saaneiden ryhmien välillä. Kallon läpi annettava kirkasvalo näyttäisi vaikuttavan ihmisen aivotoimintaan lievittämällä aikaerorasituksen ja kaamosmasennuksen oireita sekä parantamalla psykomotorista suorituskykyä. Vaikutus ei ole yhteydessä akuuttiin melatoniinin erityksen estämiseen. Tämän tutkimuksen tulokset tukevat ajatusta aivojen valovasteellisuudesta. Kallon kautta annettavan valon vaikutusmekanismia ei kuitenkaan tiedetä vielä.

Texte remanié de: Thèse de doctorat--Science politique--Genève--Institut universitaire de hautes études internationales, 2004. / Bibliogr. p. 313-372.

Proefschrift Rijksuniversiteit Limburg, Maastricht. / Met lit. opg. - Met samenvatting in het Nederlands.

Abstract Despite the development of assisted reproduction technologies and significant advances in reproductive biology and medicine over the years the cause of infertility remains unexplained in 10–20% of cases. The cause of infertility in these cases may be connected to problems in fertilization or implantation and genetic factors may play a part in this. The zona pellucida (ZP) is an extracellular matrix surrounding the oocyte and early-stage embryos. It is important for folliculogenesis, fertilization and implantation. In humans, it is composed of four known ZP glycoproteins that all show varying degrees of structural and functional roles in reproduction. The aim of the present study was to examine the role of zona pellucida genes in cases of total fertilization failure and zona anomalies, and to study their expression in human fetal and adult ovaries. A total of 34 sequence variations were detected in genes expressing the four human ZP proteins (ZP1–ZP4) among women with fertilization failure and those with varying degrees of zona anomalies in their oocytes. Most of the variations were known single nucleotide polymorphisms, while three were novel findings. Women with fertilization failure had a higher mean number of sequence variations in ZP1 and ZP3 when compared with controls. Some of the most frequent zona anomalies may be at least partly explained by sequence variations in ZP1–ZP4 genes. In fetal life, the expression of ZP3 protein and mRNA could already be detected as early as at the 11th week of gestation and it peaked at the 20th week, the time of primordial follicle formation. This suggests that components needed for zona matrix are already present well before the formation of the zona pellucida and may have a role in the development of primordial follicles. Expression of the transcription factor FIGLA (factor in the germline alpha) was increased at around the 20th week of gestation, supporting previous findings of its critical role in the initiation of folliculogenesis and primordial follicle formation. The present study adds to our knowledge on the currently still incomplete picture of formation of the ZP and fertilization in humans. Understanding the genetic background of infertile patients may help us to develop new tools not only to evaluate but also to improve their fertilization potential, and to choose the optimal treatment to achieve pregnancy. / Tiivistelmä Diagnostiikan kehityksestä huolimatta hedelmättömyyden syy jää edelleen epäselväksi 10–20 %:ssa tapauksista. Niissä hedelmättömyyden taustalla voivat olla munasolun hedelmöittymiseen ja kohtuun kiinnittymiseen liittyvät ongelmat, jotka voivat osittain johtua geneettisistä syistä. Alkiokuori on munasolua ja varhaista alkiota ympäröivä rakenne, joka osallistuu munarakkulan kehittymiseen, munasolun hedelmöittymiseen ja alkion tarttumiseen kohdun limakalvolle. Ihmisellä alkiokuori muodostuu neljästä tunnetusta alkiokuoriproteiinista (ZP1–ZP4). Tutkimuksessa selvitettiin alkiokuoriproteiineja koodittavien geenien vaikutusta hedelmällisyyteen potilailla, joilla koeputkihedelmöitys ei ollut tuottanut yhtään hedelmöittynyttä munasolua (engl. total fertilization failure, TFF) tai joiden munasoluissa havaittiin alkiokuoren rakennemuutoksia (engl. zona anomalies, ZA). Lisäksi selvitettiin alkiokuoriproteiinien ja niiden lähetti-RNA:n esiintymistä sikiöiden ja aikuisten munasarjoissa. TFF- ja ZA-potilaiden alkiokuoriproteiineja koodittavista geeneistä löytyi yhteensä 34 nukleotidimuutosta. Muutoksista kolme oli uusia löydöksiä, mutta suurin osa oli ennalta tunnettuja yhden nukleotidin polymorfioita eli geneettisiä monimuotoisuuskohtia. TFF-potilailla havaittiin ZP1- ja ZP3-geeneissä keskimäärin enemmän polymorfioita kuin verrokeilla. Myös osa yleisimmistä alkiokuoren rakennemuutoksista voidaan mahdollisesti selittää ZP1–ZP4-geeneistä löytyneillä polymorfioilla. Sikiöllä ZP3:n ilmentyminen oli havaittavissa jo 11. raskausviikolla, mutta voimakkainta se oli primordiaalivaiheen munarakkuloiden muodostumisen aikaan 20. raskausviikolla. Tämä voi viitata siihen, että ZP3 saattaa osallistua primordiaalivaiheen munarakkulan kehittymiseen ennen varsinaisen alkiokuoren muodostumista. ZP-geenien säätelytekijän FIGLA:n esiintyminen lisääntyi 20. raskausviikolla, mikä tukee aikaisempia havaintoja FIGLA:n merkityksestä munarakkulan kehittymisen aktivaatiossa ja primordiaalivaiheen munarakkuloiden muodostumisessa. Tämä tutkimus tuo lisätietoa alkiokuoren merkityksestä munasolun hedelmöittymisessä ja syventää tietämystämme alkiokuoren muodostumisesta ihmisellä. Hedelmättömyyden taustalla olevien geneettisten tekijöiden tunteminen voi parantaa lapsettomuuspotilaiden hedelmällisyyden arviointia ja auttaa löytämään heille parhaiten sopivan hoidon.

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 Military aviation is characterised by challenging working environments. Even though flying is a heavily visual task, much of the most important information is expressed aurally, via radio. The purpose of this study is to investigate the characteristics of radio communication in military aviation environments, the effect of workload on radio communication, as well as the functionality of a new hearing protection system. Flight simulator (F/A-18 Hornet simulator) and heart rate analysis were used to analyse the effect of an increased workload on radio communication. In addition to this, two survey studies were conducted, the first to investigate the prevalence and nature of radio communication problems in military aviation environments, and the second for evaluating the functionality of a new hearing protection solution (moulded communication ear plugs, m-CEPs) for military pilots. In the flight simulator, pilots’ heart rate reflected the level of mental workload. Changes in radio communication were observed during a high workload: The total amount of communication, as well as informing and requesting messages increased. A decrease in acknowledgements was observed. This reflects a change in the team communication tactics during information-loaded flight phases. In survey studies, radio speech communication problems occurred during 14% of the flight time. The most prevalent problems included multiple speakers and overlapping speech on the radio frequency band, missing acknowledgments, and high background noise, especially during helicopter operations. During their career, 18% of the respondents had encountered a potentially dangerous event caused by radio communication problems. The pilots reported a high motivation to use enhanced hearing protection systems. m-CEPs were shown to be a promising tool for improving hearing protection and radio communication: they were considered to be better than the previous hearing protectors, and the pilots reported that they improve the experienced speech intelligibility. However, discomfort and technical problems remain a problem. In the challenging hearing conditions of military aviation, the high quality of radio communication and hearing protection remain important. In the future, radio communication training should be improved and focused on team communication training. The technical development of hearing protection devices should be continued to assure the best possible comfort and technical reliability. / Tiivistelmä Sotilaslentäjä työskentelee fyysisesti, psyykkisesti ja kognitiivisesti hyvin haastavassa monitehtäväympäristössä. Radiopuheviestinnän onnistuminen on lentoturvallisuuden ja tehtävätehokkuuden kannalta olennaista, sillä merkittävä osa turvallisuuden kannalta kriittisestä informaatiosta välitetään puheella radioteitse. Tämän väitöstutkimuksen tavoitteena on selvittää radiopuheviestinnän ongelmien esiintymistä ja luonnetta, kuormituksen vaikutusta radiopuheviestintään sekä uuden kuulonsuojausjärjestelmän toimivuutta sotilaslentäjän työssä. Tutkimus toteutettiin lentosimulaattorissa sekä kahdella kyselytutkimuksella. F/A-18 Hornet -simulaattorissa tutkittiin sykeanalyysin avulla lentotehtävän psyykkisen kuormituksen vaikutusta radiopuheviestintään. Kyselytutkimuksilla selvitettiin radiopuheviestintäongelmien yleisyyttä ja luonnetta sekä uuteen kuulonsuojausjärjestelmään (yksilöllisesti valettu kommunikaatiokuulosuojain) liittyviä tekijöitä. Sykeanalyysi osoittautui käyttökelpoiseksi psyykkisen kuormituksen arviontiin simulaattorissa. Radiopuheviestintä muuttui kuormittavassa lentovaiheessa: viestinnän määrä lisääntyi; informoivat ja kysyvät viestit lisääntyivät; ja kuittaukset vähenivät. Kyselytutkimuksissa lennon aikaisia radiopuheviestinnän ongelmia raportoitiin esiintyvän 14 % lentoajasta. Suuri puhujien määrä ja päällekkäinen puhe radiojaksolla, kuittausten puuttuminen sekä taustamelu varsinkin helikopteritoiminnassa olivat merkittävimpiä ongelmia. Vastaajista 18 % kertoi kohdanneensa urallaan läheltä piti- tai vaaratilanteen, johon radiopuheviestinnän ongelma oli myötävaikuttanut. Lentäjät olivat hyvin motivoituneita käyttämään uusia kuulonsuojausjärjestelmiä. Yksilöllisesti valetut kommunikaatiokuulosuojaimet vaikuttavat lupaavalta ratkaisulta kuulonsuojauksen ja viestinnän parantamiseen. Lentäjät pitivät niitä parempina kuin aiemmat kuulonsuojausjärjestelmät, ja niiden raportoitiin parantavan puheen ymmärrettävyyttä sotilasilmailun haastavissa kuunteluolosuhteissa. Mukavuusongelmia ja teknisiä ongelmia esiintyi kuitenkin edelleen runsaasti. Sotilasilmailun haastavissa kuunteluolosuhteissa laadukas radioviestintä ja toimiva kuulonsuojaus ovat tärkeitä. Radiopuheviestinnän harjoittelussa tulisi panostaa tehtäviä suorittavien ryhmien keskinäisen viestinnän (team communication) parantamiseen. Kuulonsuojausjärjestelmiä tulee edelleen kehittää.

Abstract Combustion generated ultrafine particles have been found to be responsible for adverse effects on human health. New emission reduction technologies and fuels will change the composition of particle emissions. It is important to confirm that the new reduction technologies are designed to minimise the adverse health effects. In this doctoral thesis the potential health effects caused by traffic and industrially generated particles were studied using epidemiological, experimental and in silico studies. The effects of short-term changes in PM2.5 on the respiratory health of symptomatic children living near a steel works were studied to investigate whether specific sources of PM2.5 have the possible health effects. The PM2.5 emission sources were identified: long-range transport, a steel works, soil and street dust and a mechanical engineering works. Significant associations were not found between respiratory symptoms and PM2.5 or the sources markers. The deposition of traffic-related particles into the human respiratory system was computed using the lung deposition model. Particle size distribution was measured from diesel- and compressed natural gas (CNG)-fuelled busses and an off-road diesel engine under different combustion situations. The majority of the measured traffic-related particle numbers reach the alveolar region of the lungs. There were differences in the deposition of particles when different catalysts, engines or fuels were used. CNG or a diesel particulate filter (DPF) significantly reduced lung exposure to particles. Also physical activity, age and gender affected the deposition of particles. The diesel particles comprised compounds (carcinogenic PAHs, transition metals), which may have the ability to generate reactive oxygen. This study provides new knowledge how of the emission abatement technologies and fuels affects particle number and their composition, as well health hazards. Cleaner technology (CNG, DPF), emits significantly fewer particles in numbers, especially large particles, but they emit high amounts of small-size particles, which penetrate most easily to the deepest parts of the lungs. In addition, particles from engines with DPF include the largest variety of transition metals and other hazardous compounds compared to combustion systems having different emission after-treatment units. / Tiivistelmä Palamisprosesseista peräisin olevien ultrapienten hiukkasten on todettu olevan haitallisia ihmisen terveydelle. Uudet pako- ja savukaasujen puhdistusteknologiat ja polttoaineet vaikuttavat hiukkaspäästöihin ja niiden koostumukseen. Uusien menetelmien käytön tulee vähentää hiukkasten mahdollisia terveyshaittoja. Tässä väitöskirjassa tutkittiin liikenteestä ja teollisuudesta peräisin olevien hiukkasten mahdollisia terveyshaittoja käyttäen epidemiologista, kokeellista ja in silico- menetelmiä. Työssä tutkittiin PM2.5-hiukkasten lyhytaikaisvaihtelun yhteyttä terästehtaan läheisyydessä asuvien hengitystieoireisten lasten terveyteen ja päästölähteiden yhteyttä mahdollisiin terveysvaikutuksiin. Merkittäviä PM2.5-päästölähteitä olivat kaukokulkeuma, terästehdas, maaperä ja tiepöly sekä konepaja. Tutkimuksessa ei havaittu lasten hengitystieoireiden ja PM2.5:n tai päästölähteiden merkkiaineiden välillä merkittävää yhteyttä. Liikenneperäisten hiukkasten kulkeutumista ihmisen hengitysteihin tutkittiin keuhkodepositiomallilla. Diesel- ja maakaasukäyttöisten (CNG) bussien ja dieselkäyttöisen työkoneen hiukkaskokojakaumat mitattiin eri palamisolosuhteissa. Suurin osa mitatuista hiukkaslukumääristä kulkeutui keuhkojen alveolaaritasolle. Erilaisten katalysaattorien, moottoreiden tai polttoaineiden käytön seurauksena hiukkasten lukumääräpitoisuudet vaihtelivat ja siten hiukkasten kulkeutumisessa hengitysteihin oli eroja. CNG:n tai hiukkassuodattimen (DPF) käyttö vähensi merkittävästi hiukkaslukumääriä ja keuhkojen altistumista hiukkasille. Myös liikunta, ikä ja sukupuoli vaikuttivat hengitysteihin kulkeutuvien hiukkasten määriin. Dieselhiukkaset sisälsivät yhdisteitä (karsinogeeniset PAH:t, siirtymämetallit), jotka tuottavat hengitysteissä reaktiivisia happiradikaaleja. Tämä tutkimus antaa uutta tietoa päästövähennysmenetelmien ja polttoaineiden vaikutuksista hiukkasten lukumäärään ja koostumukseen sekä hiukkasten terveyshaitoihin. Puhtaamman teknologian käyttö (CNG, DPF) vähentää huomattavasti pakokaasun hiukkasten lukumäärää, etenkin suurten hiukkasten, mutta tuottaa silti suuria määriä pieniä hiukkasia, jotka kulkeutuvat helpommin keuhkojen syvimpiin osiin. Lisäksi moottoreiden hiukkaspäästöt käytettäessä hiukkassuodatinta, sisälsivät enemmän erilaisia siirtymämetalleja ja muita haitallisia aineita verrattuna polttoon, jossa käytettiin muita päästöjen jälkikäsittelymenetelmiä.

Stress is a present day’s inevitable phenomenon and it is experienced by both adults and children. Since stress is present through a person’s whole lifespan, it is important to consider the causes and effects already from the early years. Childhood is the most intensive developmental time in a person’s life, hence children are more vulnerable for the long-term effects of stress, compared to adults. It is important to recognize the multiple factors that cause stress for children and above all, look into the ways to help children regulate the stress they are experiencing. Mindfulness is one way to help children cope with stress. Mindfulness stems from an eastern philosophy and meditation and has been applied today in the western culture as a non-religious method. The principles of mindfulness are based on the symbiosis of the body and the mind. The purpose is to increase awareness of one’s own sensations in the human organism, as well as open the importance of the awareness in order to reach a calm, stress-free state of mind. The purpose of this study is to examine stress from the point of view of the child-experience and create a coherent picture of the benefits of mindfulness in supporting children’s stress regulation. Mindfulness-methods have been in use with adults for decades and research among children’s stress regulation and mindfulness is growing persistently. It is important to see childhood stress as a 21’st century phenomenon that needs to be taken seriously. If untreated, stress can lead to unfavorable consequences such as physical health-problems and diseases. This study is conducted as a literature review; hence it is based on versatile existing literature. The topic of this study was selected based own my own personal interest, as mindfulness has been helpful for myself in relaxing and coping with stress through yoga practice. By the guidance of my research questions the aim is to find trustworthy literature to support possible conclusions. The study in fact shows, that mindfulness can be seen as a method to help children cope with stress. / Stressi on nykypäivän suoritusyhteiskunnan väistämätön ilmiö ja siitä kärsivät niin aikuiset, kuin lapsetkin. Koska stressin eri muodot ovat läsnä läpi elämän, on syytä pohtia sen syitä ja seurauksia jo varhaisvuosista lähtien. Lapsuus on aikaa, jolloin ihmisen suurin kehitys ja kasvu tapahtuu, näin ollen lapsi on alttiimpi stressin pitkäaikaisvaikutuksille, kuin aikuinen. On tärkeää paneutua lapsuuden lukuisiin stressitekijöihin ja etenkin keinoihin auttaa lasta stressin säätelyssä. Tietoinen läsnäolo, on yksi tapa tukea lapsen stressin säätelyä. Tietoinen läsnäolo, tai mindfulness, on itämaiseen filosofiaan ja meditaatioon pohjautuva menetelmä, jota sovelletaan nykypäivänä myös länsimaisessa kulttuurissa ei-uskonnollisena menetelmänä. Tietoisen läsnäolon periaatteet pohjautuvat kehon ja mielen symbioosiin ja sen tarkoitus on nimensä mukaisesti lisätä ihmisen omaa tietoutta omista kehon ja mielen tuntemuksista ja avartaa läsnäolon tärkeyttä rauhalliselle, stressittömälle mielelle. Tämän tutkielman tarkoitus on tarkastella stressiä lapsuusajan näkökulmasta ja luoda kokonaiskuva tietoisen läsnäolon hyödyistä lapsuuden stressin säätelyn tukena. Tietoisuustaitoja on käytetty aikuisten stressin säätelyn tukena jo vuosikymmeniä ja tutkimus lasten stressin säätelyn ja tietoisuustaitojen yhteydestä kasvaa alati. On tärkeä nähdä lapsuusajan stressi nykyajan vakavasti otettavana ilmiönä, sillä se voi hoitamattomana vaikuttaa jopa fyysisten sairauksien muodossa. Tämä tutkielma on englanninkielinen ja se on toteutettu kvalitatiivisin menetelmin, kirjallisuuskatsauksena. Näin ollen se perustuu pitkälti monipuoliseen lähdekirjallisuuteen. Aihe tähän kandidaatin tutkielmaan valikoitui omien kiinnostusteni kohteiden pohjalta, sillä tietoisen läsnäolon menetelmät ovat olleet itselleni apuna rentoutumisessa ja stressin säätelyssä, erityisesti joogaharjoittelun kautta. Tutkimuskysymysten kautta pyrin löytämään luotettavaa aineistoa tukemaan mahdollisia johtopäätöksiä. Tutkielmassa ilmeneekin, että tietoisuustaitojen harjoittaminen voidaan nähdä yhtenä toimivana metodina lasten stressinsäätelyn tukena.

Abstract The face plays an important role in our social interactions as it conveys rich sources of information. We can read a lot from one face image, but there is also information we cannot perceive without special devices. The thesis concerns using computer vision methodologies to analyse two kinds of subtle facial information that can hardly be perceived by naked eyes: the micro-expression (ME), and the heart rate (HR). MEs are rapid, involuntary facial expressions which reveal emotions people do not intend to show. It is difficult for people to perceive MEs as they are too fast and subtle, thus automatic ME analysis is valuable work which may lead to important applications. In the thesis, the progresses of ME studies are reviewed, and four parts of work are described. 1) We introduce the first spontaneous ME database, the SMIC. The lacking of data is hindering ME analysis research, as it is difficult to collect spontaneous MEs. The protocol for inducing and annotating SMIC is introduced to help future ME collections. 2) A framework including three features and a video magnification process is introduced for ME recognition, which outperforms other state-of-the-art methods on two ME databases. 3) An ME spotting method based on feature difference analysis is described, which can spot MEs from spontaneous long videos. 4) An automatic ME analysis system (MESR) was proposed for firstly spotting and then recognising MEs. The HR is an important indicator of our health and emotional status. Traditional HR measurements require skin-contact which cannot be applied remotely. We propose a method which can counter for illumination changes and head motions and measure HR remotely from color facial videos. We also apply the method for solving the face anti-spoofing problem. We show that the pulse-based feature is more robust than traditional texture-based features against unseen mask spoofs. We also show that the proposed pulse-based feature can be combined with other features to build a cascade system for detecting multiple types of attacks. At last, we summarize the contributions of the work, and propose future plans about ME and HR studies based on limitations of the current work. It is also planned to combine the ME and HR (maybe also other subtle signals from face) to build a multimodal system for affective status analysis. / Tiivistelmä Kasvot ovat monipuolinen informaatiolähde ja keskeinen ihmisten välisessä vuorovaikutuksessa. Pystymme päättelemään paljon yhdestäkin kasvokuvasta, mutta kasvoissa on paljon tietoa, jota ei pysty irrottamaan ilman erityiskeinoja. Tässä työssä analysoidaan konenäöllä ihmiselle vaikeasti havaittavaa tietoa: mikroilmeitä ja sydämen sykettä. Tahdosta riippumattomat mikroilmeet paljastavat tunteita, joita ihmiset pyrkivät piilottamaan. Mikroilmeiden havaitseminen on vaikeaa niiden nopeuden ja pienuuden vuoksi, joten automaattinen analyysi voi johtaa uusiin merkittäviin sovelluksiin. Tämä työ tarkastelee mikroilmetutkimuksen edistysaskeleita ja sisältää neljä uutta tulosta. 1) Spontaanien mikroilmeiden tietokanta (Spontaneous MIcroexpression Corpus, SMIC). Spontaanien mikroilmeiden aiheuttaminen datan saamiseksi on oma haasteensa. SMIC:n keräämisessä ja mikroilmeiden annotoinnissa käytetty menettely on kuvattu myöhemmän datan keruun ohjeistukseksi. 2) Aiempia mikroilmeiden tunnistusmenetelmiä paremmaksi kahden testitietokannan avulla todennettu ratkaisu, joka käyttää kolmea eri piirrettä ja videon suurennusta. 3) Piirre-eroanalyysiin perustuva mikroilmeiden havaitsemismenetelmä, joka havaitsee ne pitkistä realistisista videoista. 4) Automaattinen analyysijärjestelmä (Micro-Expression Spotting and Recognition, MESR), jossa mikroilmeet havaitaan ja tunnistetaan. Sydämen syke on tärkeä terveyden ja tunteiden indikoija. Perinteiset sykkeenmittausmenetelmät vaativat ihokontaktia, eivätkä siten toimii etäältä. Tässä työssä esitetään sykkeen videolta pienistä värimuutoksista mittaava menetelmä, joka sietää valaistusmuutoksia ja sallii pään liikkeet. Menetelmä on monikäyttöinen ja sen sovelluksena kuvataan todellisten kasvojen varmentaminen sykemittauksella. Tulokset osoittavat sykepiirteiden toimivan perinteisiä tekstuuripiirteitä paremmin uudenlaisia naamarihuijauksia vastaan. Syketietoa voidaan myös käyttää osana sarjatyyppisissä ratkaisuissa havaitsemaan useanlaisia huijausyrityksiä. Työn yhteenveto keskittyy suunnitelmiin parantaa mikroilmeiden ja sydämen sykkeen analyysimenetelmiä nykyisen tutkimuksen rajoitteiden pohjalta. Tavoitteena on yhdistää mikroilmeiden ja sydämen sykkeen analyysit, sekä mahdollisesti muuta kasvoista saatavaa tietoa, multimodaaliseksi affektiivisen tilan määrittäväksi ratkaisuksi.

The United States began pursuing a transition to majority rule in Rhodesia in 1976 by Secretary of State Henry Kissinger. Kissinger had noted the situation in Rhodesia already in 1969 but chose to pursue majority rule in order to de-escalate the armed conflict in Rhodesia and to avoid a Cold War confrontation in the region similar to the Angolan civil war. Kissinger closely cooperated with the British and started a diplomatic process which aimed to bring majority rule to the country. Kissinger’s biggest accomplishment regarding the Rhodesian quest for majority rule came in September 1979 when Rhodesian Prime Minister Ian Smith publicly embraced majority rule for the first time. A conference in Geneva was set up that fall led by the British but it was unsuccesful and did not lead to a transition. Jimmy Carter won the United States Presidential elections of 1976 and was inaugurated in 1977 marking an end to Kissinger’s role in US foreign policy. The Carter administration continued to pursue majority rule in Rhodesia and continued where Kissinger had left off. However the Carter administration had an emphasis on human rights which lead to the new administration working more closely with the Zimbabwean nationalists and neighboring Presidents compared to Kissinger who had closely cooperated with South Africa. The Carter administration also continued to closely work together with the British and tried to keep the momentum alive achieved by Kissinger in 1976. The Carter administration met with several setbacks and did not reach major breakthroughs regarding Rhodesia. The Smith regime of Rhodesia agreed to an internal settlement with some of the Zimbabwean nationalists which lead to the forming of the Zimbabwe-Rhodesian state in 1979. Although the new administration was not internationally recognized, it was a majority ruled country chosen by a general election that did not meet international criteria. At this point several domestic factors in the US combined with the newly appointed British Government led to the US pulling back from actively taking part to finding a solution to the conflict. Finally in 1980 after months of negotiating between the British, the Smith regime and the African nationalists of Rhodesia a general election was held and the new majority ruled state of Zimbabwe was founded. / Yhdysvallat pyrki edesauttamaan Rhodesian siirtymistä enemmistövaltaan ensimmäistä kertaa vuonna 1976 silloisen ulkoministeri Henry Kissingerin toimesta. Yhdysvaltojen johtohahmot olivat huomioineet enemmistövaltaan siirtymisen vaikutukset Rhodesiassa jo vuonna 1969 mutta eivät nähneet syytä toimia asian suhteen. Seitsemän vuotta myöhemmin pääasiassa geopoliittiset syyt ja kylmänsodan eskaloitumisen pelko ajoivat Kissingerin aktiivisesti kampanjoimaan enemmistövaltaan siirtymisen puolesta etsien diplomaattista ratkaisua aseelliseen konfliktiin. Kissinger toimi vahvasti yhteistyössä Iso-Britannian kanssa kaikissa Rhodesiaan liittyvissä toimissa, sillä virallisesti alue oli yhä Iso-Britannian siirtomaa. Vuoden 1976 diplomatia johti rhodesian pääministeri Ian Smithin puheeseen syyskuussa, jossa Smith ensimmäistä kertaa julkisesti tunnusti enemmistövaltaan siirtymisen välttämättömäksi. Neuvottelut johtivat Iso-Britannian isännöimään konferenssiin, johon osallistuivat kaikki Rhodesian konfliktin osapuolet. Konferenssi ei onnistunut löytämään ratkaisuja keskeisiin kysymyksiin ja päättyi tuloksettomana vuoden lopussa. Kissinger väistyi ulkopolitiikasta presidentti Carterin voitettua Fordin syksyn 1976 vaaleissa ja astuessa virkaan 1970 helmikuussa. Carterin hallinto jatkoi pitkältä edeltäjiensä viitoittamalla tiellä pyrkiessään saavuttamaan enemmistövallan Rhodesiaan. Vaikka Carterin hallinto piti kylmänsodan eskaloitumista yhä vaarana, se samaan aikaan painotti ihmisoikeuksia joka näkyi erilaisena lähestimystapana Rhodesiaan liittyvässä diplomatiassa verrattuna Kissingeriin. Siinä missä Kissinger oli pääasiassa koordinoinut Etelä-Afrikan ja Rhodesian naapurivaltojen kanssa, Carterin hallinto oli laajemmin suoraan yhteydessä zimbabwelaisiin nationalisteihin. Carterin hallinto oli Etelä-Afrikan apartheidin vastustaja joka osaltaan heikensi maiden välejä myös Rhodesiaan liittyvissä kysymyksissä. Carterin hallinto koordinoi erittäin tiiviisti Iso-Britannian kanssa yrittäessään saavuttaa enemmistövaltaan siirtyminen Rhodesiassa niin pian kuin mahdollista. Kovasta yrityksestä huolimatta anglo-amerikkalainen yhteistyö kohtasi useita vastoinkäymisiä niin sisäpoliittisesti, kuin ulkopoliittisesti. Vuosien 1977 ja 1978 aikana järjestettiin useita pienempiä neuvotteluita Rhodesian tilanteeseen liittyen mutta suurempi kaikkien osapuolien välinen siirtymään pohjaava konferenssi jäi toteutumatta. Samanaikaisesti Rhodesian pääministeri Ian Smith pyrki saavuttamaan niin kutsutun sisäisen ratkaisun maltillisten nationalistien kesken, jossa siirtymävaihe ja sen hallinto sovittaisiin ilman ulkovaltoja tai aseelliseen konfliktiin osallistuvia nationalisteja. Vuonna 1979 sisäisen ratkaisun pohjalta Rhodesia muutti nimensä Zimbabwe-Rhodesiaksi ja järjesti vaalit, joissa maalle valittiin enemmistövaltainen hallitus. Kansainvälinen yhteisö ei kuitenkaan tunnustanut tätä valtiota ja maata vastaan asetetut taloudelliset pakotteet pysyivät voimassa. Yhdysvaltojen aktiivinen osallistuminen Rhodesiaan liittyen päättyi vuoteen 1979 ja Iso-Britannian uusi hallitus jatkoi neuvotteluja Yhdysvaltojen tuella mutta ilman sen aktiivista osallistumista prosessiin. Lopulta neuvottelut johtivat avoimiin äänestyksiin ja vuonna 1980 kansainvälisesti tunnustettu ja enemmistövaltainen Zimbabwen valtio perustettiin.