Biofysikk

Joe Bryan, når en populær og respektert i videregående skole, rektor i en liten Texas town, har vært i fengsel i over 30 år. Han soner en 99 års fengselsstraff for skyting og drap på sin kone i 1985. De inkriminerende bevis ham involvert flekker av offerets blod funnet på en håndholdt lykt., Et vitne, som ble vurdert som sakkyndig i rettsmedisinske teknikk av blod mønster analyse (BPA), tolket disse stedene som å plassere Bryan, i nærheten av sin kone da hun ble skutt – et vitnesbyrd om at det var i forkant av Bryan overbevisning. Det overrode utjevningstiltak bevis for at han var faktisk på en konferanse 120 km unna – alibi som gjorde det nesten umulig for ham å ha skutt sin kone, som han ville ha måtte forlate event, reise hjem, begår mord, og gå tilbake til konferansen innen en bestemt tidsramme. Bryan fastholder sin uskyld og til denne dag.,

Bevis som dette, basert på den fysiske oppførselen til blod generert på et åsted, har røtter i slutten av det 19. århundre i Europa. Det ble fremtredende i USA under den berømte Sam Sheppard drap rettssak i 1955, og har spilt en viktig rolle i andre mord-forsøk siden – inkludert de av fotball-spiller og skuespiller O J Simpson (1994-1995, dommen for seg ikke skyldig) og musikkprodusent Phil Spector (2007-2009, retrial fellende dom).,

Politiet etterforskere bruke BPA å jobbe bakover fra blod spor på et åsted, som tillater dem å rekonstruere steder og handlinger av mennesker og våpen er involvert. Sporene inkluderer drypper, smør og spatters, som opprettes når du dråper av blod stråle ut fra virkningen av en kule eller en stump gjenstand til de støter på en overflate, og farger det. Men i henhold til en oppsiktsvekkende 2009 rapport fra det AMERIKANSKE National Academy of Sciences (NAS) som fortsatt gir gjenklang i dag, BPA mangler vitenskapelig stringens og gyldig akkreditering for sine utøvere., Dette er en alvorlig grunn til bekymring, for BPA resultatene har dømt folk senere vist seg å være uskyldige, som mange tror Bryan å være, og fordi mangelen på tillit i BPA analyse kan tillate seg skyldig i å gå fri. Som et resultat, har det blitt viktig å re-vurdere fysikk bak BPA.

Selv om USA er verdensledende i pistol eierskap – det er 120 våpen per 100 personer, og 64% av OSS drap er pistol-relatert – andre land har mange skyteepisoder også., For eksempel, 30% av drap i Canada innebære våpen, mens et dusin land, herunder Brasil, overstiger OSS i deres rate av pistol dødsfall per 100 000 personer. Å etablere vitenskapelig gyldighet av BPA kunne derfor ha en internasjonal betydning på å håndtere verdens 250 000 i årlige pistol-relaterte dødsfall ved å bidra til å kategorisere dem som drap eller selvmord – og, i den tidligere sak, potensielt bringe gjerningsmennene for retten.,

Blodig atferd

I form av fysikk, BPA rekonstruksjon er et komplisert problem i fluidmekanikk som innebærer å spore atferden til blod, under ulike styrker og omgivelsene. Utfordringen er gjort mer vanskelig fordi blod er en kompleks væske som inneholder både væske (plasma) og solid (blodceller) komponenter. Videre er egenskaper av blod – for eksempel pH eller antall røde blodlegemer – varierer fra person til person.

Men dette arbeidet er mer enn bare en akademisk øvelse., Det kan også ha reelle effekter, ifølge Alicia Carriquiry ved Iowa State University i USA. Som statistiker og direktør for Senter for Statistikk og Programmer i Rettsmedisinske Bevis (CSAFE) – som er finansiert av det AMERIKANSKE National Institute of Standards and Technology (NIST) – Carriquiry har et bredt bilde av rettsmedisin. «BPA er en av de områder som vitenskapen har mye å si, sier hun., «I motsetning til andre rettsmedisinske disipliner, BPA, vi har faktisk fysisk og fluid-dynamiske modeller som kan bidra til å svare på spørsmål som de som har å gjøre med banen, avreisested og lignende.»

Grunnleggende vitenskap har imidlertid ikke vært vel anvendt til BPA, i henhold til 2009 NAS-rapporten, som var rett å Styrke Forensic Science i Usa. Co-ledet av en fremstående AMERIKANSKE føderal dommer og en akademisk statistiker, er det inkludert bidragsytere fra relevante vitenskapelige disipliner som fysikk., Generelt, med unntak for DNA-analyse, rapport fant mangler i nesten alle rettsmedisinske teknikk – herunder analyse av hår, fibre, fingeravtrykk og bite merker. «Tolkningen av rettsmedisinske bevis er ikke alltid basert på vitenskapelige studier for å fastslå gyldigheten,» det er oppgitt. «Dette er et alvorlig problem.»En egen rapport i 2016 fra den AMERIKANSKE presidentens Råd av Rådgivere på Vitenskap og Teknologi – skrevet av direktør for Office of Science and Technology Policy sammen med et panel av forskere – ekko denne kritikken.,

For BPA i særdeleshet, NAS rapporten bemerket kompleksiteten av fluid dynamics og indikerte at BPA analytikere bør forstå fysikken involvert. Men med ingen streng pedagogiske krav til sertifisering som en BPA ekspert – de er opplært bare å følge pakket prosedyrer – rapporten konkluderte med at «vurderingene av bloodstain mønster analytikere er mer subjektive enn vitenskapelig…usikkerheten forbundet med enorme.,»I 2018 Texas Forensic Science-Kommisjonen kommet til lignende konklusjoner om Bryan tilfelle, ringer tolkningen av BPA bevis «unøyaktig» og «vitenskapelig unsupportable».

Likevel, brukes på riktig måte, BPA kan gi verdifulle ledetråder mot å forstå de forhold som er av skyting. For eksempel, dråper av blod som treffer gulvet i en vinkel vil opprette et sett av elliptisk flekker, med bredde-til-lengde forholdet gir virkningen vinkel (figur 1). BPA analytikere er opplært til å tegne rett linje baner som følge lang dimensjon av hver ellipse på at virkningen vinkel., Disse stiene møtes, noe som gir en posisjon som blodet stammer. Mens dette riktig gir projeksjon på gulvet av plasseringen av et gunshot sår, rett-linje prosedyre overestimates høyden på såret, siden den sanne stier under tyngdekraften er parabolas endret av aerodynamisk luftmotstand. Feilen er vanligvis store nok til å dra i stedet et offer som står heller enn å sitte.,

Dette er en av de etablerte BPA metoder som dypere fysisk analyse kan forbedre. I 2011 fysikere Christopher Varney og Fred Gittes ved Washington State University sette prosjektil-motion ligninger, inkludert tyngdekraften og dra inn i en form som bruker alle data som ligger i et sett av sprut blodflekker (Am. J. Phys. 79 838)., De fant at en tomt på virkningen vinkler for flekker versus den inverse av deres horisontale avstander i forhold til den vertikale aksen av virkningen gir et gyldig resultat for høyde, forutsatt at lanseringen vinkler for den synker er ikke så utbredt. I en test som er spredt en tyktflytende blod erstatning, forskerne brukt denne metoden for å beregne den faktiske lanseringen høyde 88 cm til 8%. Til sammenligning, lineær baner overvurdert lanseringen høyde av 100%.,

I 2015 Nick Laan, University of Amsterdam og Nederland Etterforskning Institutt, og kolleger har i stedet brukt væske egenskaper av blod for å finne høyden på et gunshot sår (Vitenskapelige Rapporter 5 11461). Tidligere arbeid hadde utledet en ligning om effekten hastigheten til en væske dråpe blod til sitt volum og effekt vinkel, og til bredden av tørket flekk det produsert som bestemmes av den kjente kapillær og tyktflytende oppførsel av blod. For å bruke denne metoden, forskere opprettet skvett mønstre av menneskelig blod under kontrollerte forhold., For hver av 40 eget blod flekker, er de fast bestemt på sin bredde og innflytelse vinkel, og, ved hjelp av et kommersielt 3D overflate scanner, målt volumet av flekken, som de fant volumet av den opprinnelige slippe. Disse parametrene gitt virkningen hastighet, noe som gir nok informasjon til å løse ligningene for bevegelse under tyngdekraften med aerodynamisk luftmotstand. Resultatene for den høyde der hver dråpe stammer hadde en gjennomsnittlig verdi av 58.5 cm, bare 8% under den sanne høyde på 63.7 cm. I mellomtiden, den lineære metode ga 91.1 cm – en mye større 42% feil.,

En kule reise

Disse to avisene, og andre, analysere atferden til blodet synker etter at de har blitt dannet, for å forbedre standard BPA. Men mekaniske ingeniører og væske dynamicists Alexander Yarin og Patrick Comiskey fra University of Illinois i Chicago, sammen med Daniel Attinger ved Iowa State, har gått videre. De har modellert hele prosessen fra kulen inn i kroppen til den endelige blod flekk-mønster.,

Siden 2016 disse forskere har utviklet væske dynamiske teorier for skuddsår tilbake sveisesprut og frem skvett, hvor blodet synker reise henholdsvis mot og med retning av kule og vise forskjellige egenskaper. Back-skvett analyse utført for både vanlige (Phys. Rev. Væsker 1 043201) og stump-nosed (Phys. Rev. Væsker 2 073906) kuler er basert på den kjente Rayleigh–Taylor ustabilitet., I denne effekten, anti-vinkelrett på grensesnittet mellom to væsker med forskjellig tetthet – her, blod og luft – skaper økende turbulens og blanding mellom væsker. (En bemerkelsesverdig eksempel på ustabilitet er den spektakulære filamenter sett i voksende Krabbe Nebula, der de to væsker består av materiale kastet ut av Krabbe første supernova-eksplosjon, og en plasma av relativistiske partikler drevet av Krabbe sentrale pulsar.,) I mellomtiden, fram skvett, forårsaket når kulen kommer ut en kropp etter flere forstyrrende møter med blod og vev, ble behandlet forskjellig. Analysen brukes percolation teori, som beskriver tilgjengelig stier gjennom tilfeldig ordnet klynger.

For begge typer skvett, forskerne beregnet tall, størrelser og dynamiske egenskaper av dråper av blod generert av en kule, så bestemte deres baner under tyngdekraften og aerodynamisk luftmotstand., Til slutt, team fant antall som følge av flekker, sine områder, innvirkning vinkler og fordeling med hensyn til avstand (figur 2).

Disse beregnede resultater for blod-skvett-distribusjoner enig rimelig godt med data innhentet ved å skyte kuler i svamper eller plast skum som er fuktet med svin blod tilbake for sprut, og gjennom en blod-fylt reservoar for fremover sveisesprut. Selv om forskerne oppmerksom på at flere eksperimenter er nødvendig, deres resultater er viktige skritt mot en reell, fysikk-basert teori innebærer sprut., Arbeidet peker også på nye retninger for studien, for eksempel hvor luften er gjennomført sammen med dråper av blod i flukt, som påvirker deres baner, og effekten av temperatur på blod viskositet.

Den teoretiske resultatene så langt viser verdien av fluid dynamics tilnærming, men også at dens kompleksitet kan legge til usikkerheten knyttet til analyse, for eksempel gjennom variable egenskaper av blod og blod flekker., I tillegg til temperatur, viskositeten i blodet avhenger også av stor prosentandel av røde blodlegemer, som varierer etter individuelle og kan påvirke tilnærminger som brukes av Laan og kolleger. Hva er mer, egenskapene til overflaten som en blod dråpe streik kan endre hvordan den sprer seg og derfor påvirker det etterlater flekker. Forvirrende elementer som disse bør tas hensyn til for fullt gyldige BPA som bærer vekt i retten, og kan begrense påstander om hva BPA kan definitivt vis. Sikkert, det er mye igjen å gjøre.,

Fra lab til åstedet

Som vitenskapen om BPA utvikler seg, en parallell utfordring er å konvertere sine resultater inn i nye, praktiske og transparente prosedyrer for mord, undersøkelser og rettssalen presentasjoner. Men BPA utøvere har ikke helt velkommen disse endringene, som truer med å opprørt etablert feltet prosedyrer, en reaksjon som også finnes andre steder i etterforskning etablering., Likevel, sier Carriquiry, for mange emner i forensic science «vi har klart å gjøre viktige fremskritt og etablert noen meningsfulle partnerskap med rettsmedisinske utøvere som ser vårt arbeid som et middel for å gjøre dem mer objektive og ‘vitenskapelig’ «. Disse partnerne inkluderer Houston Forensic Science Center og Los Angeles Police Department.

Nå, med støtte fra CSAFE og andre AMERIKANSKE føderale byråer, forskere arbeider spesielt for å styrke forbindelsene mellom BPA og fluid dynamics samfunn, og for å gi utøvere med nyttige resultater., For eksempel, Attinger og medforfattere har skrevet en veiledning for papir der de drøfter styrker på spill i fluid dynamics og hvordan de bestemmer atferd av blod dråper på et åsted (Forensic Science International 231 375). Attinger har også publisert diagrammer basert på fluid dynamics, som gjør det enkelt for etterforskere i feltet for å beregne den maksimale avstanden som en blod dråpe har reist (Forensic Science International 298 97).,

3 Blod og kuler i en lab

Et eksempel på blodet tilbake skvett på en kort mål, produsert av forskere ved Iowa State University bruke set-up vist i figur 4. Kulen hull kan sees øverst til venstre på det midterste bildet.,

I en annen innsats, Attinger team har publisert back-skvett mønstre av menneskelig blod produsert i laboratoriet ved skudd (figur 3), med streng kontroll av skytevåpen og ammunisjon som er brukt, og fysisk arrangement (Data i Korte trekk 22 269); og en andre sett av blod mønstre produsert av butte instrumenter (Data i Korte trekk 18 648). Disse gir bilder med høy oppløsning av blod flekker generert under varierte forhold, for opplæring og forskning bruk (figur 4)., I ett prosjekt, Hal Stern ved Universitetet i California–Irvine, en statistiker og co-regissør av CSAFE, er å undersøke bilder til særpreg som utøvere kan bruke til å skille mellom mulige kilder for observert spatters. I andre oppsøkende, BPA forskere presenterer også foredrag og kurs på faglig samfunn.

4 En trinnvis scene

Det eksperimentelle oppsettet benyttet av Daniel Attinger og kolleger i Iowa for å studere tilbake-sprut av blod flekker.

Dessverre utbredt innføringen av strengere BPA praksis og trening vil ikke komme raskt, eller automatisk slette fortiden mangler som produseres upålitelige bevis og falske anklager. Det er heller ikke sannsynlig at den juridiske standarder for aksept av BPA bevis vil endre seg snart nok til å påvirke Joe Bryan ‘ s kommende appell for en ny rettssak., At forespørselen ble avvist i 2018, men hans advokater er nå forbereder en siste anstrengelse før Texas-Domstolen av Kriminell Klage. Imidlertid, Bryan er nesten 80. Selv om en ny rettssak er godkjent, kan den ikke komme i tide til å gjøre ham noe godt.

Uansett hva som resultatet, bred dekning av Bryan saken sammen med NAS-rapporten og andre evalueringer av BPA har avdekket sine problemer og motivert fremgang mot en bedre fysikk av blod mønstre., Dette kan i det minste sikre at fremtidige blod bevis vil bli mer effektive i å identifisere den virkelige gjerningsmennene uten urettferdig å beskylde folk som er uskyldige.