<div dir="ltr"><div><font size="4">Dear Teige,<br></font></div><div><font size="4"><br></font></div><div><font size="4">Many questions at once!  This requires a salami-slice piece-wise response, which is why I had started my #WhyOWhy series to clarify such topics separately!   <br></font></div><div><font size="4">The issue of the Abbe resolution criterion that some people believe is the non-plus-ultra in resolution assessment (because-they-learned-that-in-school), is discussed in my tweet #WhyOWhy #10 (@marin_van_heel): The Instrumental versus the Results Resolution. The Abbe resolution is the instrumental resolution that you can only achieve if you: a) dont forget to switch on the illumination, and you....  (see: 
 #WhyOWhy #10

).</font></div><div><font size="4"></font></div><div><font size="4"><br></font></div><div><font size="4">More later (if time permits) <br></font></div><div><font size="4"><br></font></div><div><font size="4">Two more cents by</font></div><div><font size="4"><br></font></div><div><font size="4">Marin<br></font></div><div><font size="4">



















</font><p class="MsoNormal" style="text-align:center;margin:0cm 0cm 0.0001pt;font-size:12pt;font-family:"Times New Roman",serif" align="center"><a href="https://twitter.com/hashtag/WhyOWhy?src=hash"><b><span style="font-size:13pt;font-family:"Calibri Light",sans-serif;color:rgb(47,84,150)"><br></span></b></a><b><span style="font-size:14pt"></span></b><span style="font-size:14pt"><span></span></span></p>





</div></div><br><div class="gmail_quote"><div dir="ltr" class="gmail_attr">On Thu, Feb 13, 2020 at 8:12 AM Matthews-Palmer, Teige <<a href="mailto:t.matthews-palmer14@imperial.ac.uk">t.matthews-palmer14@imperial.ac.uk</a>> wrote:<br></div><blockquote class="gmail_quote" style="margin:0px 0px 0px 0.8ex;border-left:1px solid rgb(204,204,204);padding-left:1ex">



<div style="overflow-wrap: break-word;">
Dear All,<br>
To Daniel’s comment that we want something like an Abbe criterion - well we have a point resolution for the microscope itself, but it’s so high, and the SNR of our single images is so low that it’s irrelevant in the reconstructions - the sampling rate (Nyquist)
 is more relevant. Can there be an Abbe-like point resolution for the reconstruction…? Others have pointed out the sampling rate, filtering and sharpening change how the map looks. Does low-pass filtering the map at a very conservative resolution, and over-sampling
 to have lots of map voxels, give you something like a point-resolution in your map? :-/<br>
<br>
To Marin & others, could you critique my understanding of why we even use FSC to talk about ‘resolution’ in 3DEM? (No worries if not.)<br>
<br>
It seems to me that we want to estimate the ‘resolution limit’ in this figure from Rosenthal & Henderson 2003.<br>
Can anyone precisely define what this ‘resolution’ limit is?<br>
Intuitively, it’s the spatial frequency in our reconstruction where the [signal from scattering of the beam by our molecule / structure factors of our molecule] meets the amplitude of the noise in the reconstruction.
<div>But I don’t think I understand it in a way that precisely relates to our methods.<br>
<br>
I figure we use FSC between half-maps to estimate something like that ‘resolution limit’ - using a threshold as a marker of where we have confidence to claim that up to this spatial frequency, our (FT) map's amplitudes and phases [reflect/describe/are determined
 by] the scattering of the electron beam by the molecule. <br>
I.e. the FSC threshold is our estimate of where the half-map correlation significantly exceeds what can be expected for noise, and therefore we claim it’s due to common structure factors really existing in the molecule.<br>
(Assuming the half-maps don’t have correlated noise thanks to gold-standard reconstruction and phase-randomisation check)</div>
<div><i>P.S. Am I oversimplifying if I say that we claim the map features are totally due to the molecule’s electron scattering up to the resolution limit? After all we filter our maps to the threshold res and then boost the amplitudes (sharpen
 the map). Does the ‘reliability’/relationship of the resulting map's features to the molecule’s structure factors trail off gradually in the range where amplitudes have been boosted? I was thinking as if it doesn’t.</i><br>
<br>
How to determine where we are confident the map is determined by the molecule’s scattering?<br>
Marin’s sigma-factor curves? Van Heel 1987 <a href="https://doi.org/10.1016/0304-3991(87)90010-6" target="_blank">https://doi.org/10.1016/0304-3991(87)90010-6</a>
<div><i>"A rough significance threshold value of two standard deviations above the expected random background is normally used in this application.
<b>This threshold value has no absolute validity, but rather serves to compare the quality of the results of similar experiments</b>”</i><br>
<br>
<div>Marin’s half-bit threshold? Van Heel & Schatz 2005 <a href="https://doi.org/10.1016/j.jsb.2005.05.009" target="_blank">https://doi.org/10.1016/j.jsb.2005.05.009</a></div>
<div>It seems fair to say that the half-bit criterion is calibrated to a 0.5 figure of merit (like the 0.143 threshold but properly accounting for the number of voxels).<br>
<div><i>"Whereas σ-factor curves indicate the resolution level at which one has collected
<b>information significantly above the noise level</b>, the information curves indicate the resolution level at which
<b>enough information has been collected for interpretation</b>.”</i>
<div><i><br>
</i>
<div>Shouldn’t, ideally, the questions of "whether information is significantly above the noise level", or "is enough for interpretation” be the exact same question? What’s so great about that 0.5FOM calibration?</div>
<div>Presumably because we have so much prior information about the chemical structure of proteins, EM maps at high resolution could be judged for their ‘interpretability’ against what we expect of proteins. I haven’t read about the Q-score yet, is
 it better than 0.5FOM?</div>
<div>If we completely ignore prior information about what proteins look like - what does the ‘interpretability' of an EM map mean? Surely that would have to involve distinguishing ‘signal’ from ‘noise’ without relating it to 0.5FOM, i.e. a sigma factor
 FSC threshold.</div>
<div><br>
</div>
<div>I guess my questions are:</div>
<div>- Is the 0.5FOM calibration the only or best thing linking the ‘resolution limit’ concept from attached figure to the half-map FSC?</div>
<div>- Is the ‘resolution limit’ something useful in relation to our experimental methods, anyway?</div>
<div>- Imagine an EM map with uniform resolution (haha..) Would placing a sharp FSC threshold at the ‘resolution limit’ and fourier filtering there perfectly separate map features arising from the molecule’s electron scattering, from noise? Or do the
 structure factors get smeared in to the noise gradually across fourier shells and does that screw up the map features?</div>
<div><br>
</div>
<div>Thanks & all the best,</div>
<div>Teige<br>
<br>
<br>
<img alt="page39image1280" id="gmail-m_5460196528094935208A56B7889-1900-47CB-9880-665D0ECEBDB0" src="cid:1703ef9dc1ebf0ada1" width="892" height="578"><br>
<br>
<br>
<blockquote type="cite">On 13 Feb 2020, at 16:45, Tim Gruene <<a href="mailto:tim.gruene@univie.ac.at" target="_blank">tim.gruene@univie.ac.at</a>> wrote:<br>
<br>
<br>
*******************<br>
This email originates from outside Imperial. Do not click on links and attachments unless you recognise the sender. <br>
If you trust the sender, add them to your safe senders list <a href="https://spam.ic.ac.uk/SpamConsole/Senders.aspx" target="_blank">https://spam.ic.ac.uk/SpamConsole/Senders.aspx</a> to disable email stamping for this address.<br>
*******************<br>
Hi Marin,<br>
<br>
crystallography has long moved away from the term 'resolution', see e.g. <br>
<a href="https://www.cell.com/structure/fulltext/S0969-2126(18)30138-2" target="_blank">https://www.cell.com/structure/fulltext/S0969-2126(18)30138-2</a>. It is merely a <br>
ballpark number, and it is good to know whether crystallographic data were cut <br>
at 1, 2, or 3 Angstrom, but not very important.<br>
<br>
What counts is the interpretation of the model and conclusion that can be <br>
drawn on the system under study. It requires a broader understanding of <br>
crystallography in order to understand whether the conclusions are justified. <br>
Resolution plays only a minor role in this. It is more useful to take a look <br>
at the crystallographic map itself in order to understand.<br>
<br>
EM is totally different from crystallography, and why would one mix concepts <br>
between the fields?<br>
<br>
Best,<br>
Tim<br>
<br>
On Thursday, February 13, 2020 12:07:15 AM CET Marin van Heel wrote:<br>
<blockquote type="cite" style="font-family:Helvetica;font-size:12px;font-style:normal;font-variant:normal;font-weight:normal;letter-spacing:normal;line-height:normal;text-align:start;text-indent:0px;text-transform:none;white-space:normal;word-spacing:0px">
Hi Tim,<br>
Good to hear from you!  No longer at PSI??<br>
See... You are already touching upon one of the logical breaking points in<br>
the resolutiton story...!  X-ray crystallography resolution criteria like<br>
R-factors make absolutely no sense outside the field of crystallography and<br>
of structural biology.  It is the result of a hybrid iterative optimisation<br>
process between the phases of a model structure and the measured amplitudes<br>
of a diffraction experiment!  The FRC/FSC resolution criteria, in contrast,<br>
are universal quality metrics not at all coupled to Cryo-EM or structural<br>
biology.  Using structural biology arguments like how well I see an alpha<br>
helix or how well I see the hole in an aromatic ring as an assessment<br>
criterion of whether a metric is good or not is a waste of time!  (Moreover<br>
filtering a map can completley change its appearance without changing its<br>
information contents). Even some my own (ex-)students and (ex-)postdocs<br>
sometimes completely miss this fundamental point. The FRC and FSC criteria<br>
are now used as quality metrics in all walks of image science like X-ray<br>
tomography and super-resolution light microscopy, fields of science where<br>
atomic coordinates of proteins are not an issue. The FRC / FSC functions<br>
are universal and very direct metrics that compare both the amplitudes and<br>
the phases of two independent measurements of images or 3D-densities of the<br>
same object. For more details, see the 2017 bioRxiv paper and references<br>
therein (<a href="https://www.biorxiv.org/content/10.1101/224402v1" target="_blank">https://www.biorxiv.org/content/10.1101/224402v1</a>) and check my<br>
#WhyOWhy tweets (@marin_van_heel). See also: van Heel - Unveiling ribosomal<br>
structures: the final phases - Current opinion in structural biology 10<br>
(2000) 259-264.<br>
<br>
Cheers,<br>
Marin<br>
<br>
On Wed, Feb 12, 2020 at 11:22 AM Tim Gruene <<a href="mailto:tim.gruene@univie.ac.at" target="_blank">tim.gruene@univie.ac.at</a>> wrote:<br>
<blockquote type="cite">Dear Marin,<br>
<br>
I did not read the enire thread, nor the manuscript you point at -<br>
apologize<br>
in case this has been discussed before.<br>
<br>
What about a practical approach to determine the resolution of a cryoEM<br>
map:<br>
one could take a feature with scales of interest, e.g. an alpha-helix, and<br>
shift and/or rotate it in steps of, say, 0.3A in several directions to<br>
see, at<br>
which magnitude (degree / distance) refinement does not take the helix<br>
back to<br>
its original position (within error margins).<br>
<br>
One could also take a Monte-Carlo approach and do an arbitrary number of<br>
random re-orientations of such a helix, refine, and calculate the<br>
variation in<br>
position and rotation.<br>
<br>
This would reflect my understanding of resolution, much more than any<br>
statistical descriptor.<br>
<br>
Best regards,<br>
Tim<br>
<br>
On Wednesday, February 12, 2020 1:46:48 PM CET Marin van Heel wrote:<br>
<blockquote type="cite">Hi Laurence,<br>
<br>
One thing is certain: the 0.143 threshold is RUBBISH and all CC50 etc<br>
are<br>
also based on the same SLOPPY STATISTICS  as are all  fixed-valued  FSC<br>
thresholds. This controversy has been ragings for a long long time and<br>
</blockquote>
<br>
the<br>
<br>
<blockquote type="cite">errors made were extensively described (again) in our most recent paper<br>
(Van Heel & Schatz 2017 BioRxiv:<br>
<a href="https://www.biorxiv.org/content/10.1101/224402v1" target="_blank">https://www.biorxiv.org/content/10.1101/224402v1</a>) which has been<br>
</blockquote>
<br>
downloaded<br>
<br>
<blockquote type="cite">more than 3000 times. Further papers on the issue are in the pipeline.<br>
</blockquote>
<br>
The<br>
<br>
<blockquote type="cite">math BLUNDER behind this controversy is simple:  the inner product<br>
</blockquote>
<br>
between<br>
<br>
<blockquote type="cite">a signal vector and a noise vector is NOT zero (but rather proportional<br>
</blockquote>
<br>
to<br>
<br>
<blockquote type="cite">SQRT(N) where N is the length of the vectors) and cannot be left out of<br>
</blockquote>
<br>
the<br>
<br>
<blockquote type="cite">equations. This error goes back to a paper published in Nature in 1975<br>
</blockquote>
<br>
and<br>
<br>
<blockquote type="cite">has since been repeated frequently, including in the first paper<br>
</blockquote>
<br>
promoting<br>
<br>
<blockquote type="cite">the erroneous 0.143 FSC threshold. The consequences of this blunder in<br>
current processing are serious especially when these erroneous metrics<br>
</blockquote>
<br>
are<br>
<br>
<blockquote type="cite">used as an optimisation criterion in iterative refinements at<br>
resolutions<br>
close to Nyquist.  I get tired of facing this systematic misuse of the<br>
</blockquote>
<br>
FSC<br>
<br>
<blockquote type="cite">function, which I myself have introduced into the literature in<br>
</blockquote>
<br>
1982/1986,<br>
<br>
<blockquote type="cite">and people nevertheless feel they know better (with no scientific<br>
</blockquote>
<br>
arguments<br>
<br>
<blockquote type="cite">to support!) and they feel justified to use it beyond its definition<br>
</blockquote>
<br>
range,<br>
<br>
<blockquote type="cite">and to continue to ignore the correct math. To counter this systematic<br>
abuse of my brain child - over decades - I feel the need to use CLEAR<br>
LANGUAGE!<br>
Have fun!<br>
Marin<br>
</blockquote>
<br>
--<br>
--<br>
Tim Gruene<br>
Head of the Centre for X-ray Structure Analysis<br>
Faculty of Chemistry<br>
University of Vienna<br>
<br>
Phone: +43-1-4277-70202<br>
<br>
GPG Key ID = A46BEE1A<br>
</blockquote>
</blockquote>
<br>
-- <br>
--<br>
Tim Gruene<br>
Head of the Centre for X-ray Structure Analysis<br>
Faculty of Chemistry<br>
University of Vienna<br>
<br>
Phone: +43-1-4277-70202<br>
<br>
GPG Key ID = A46BEE1A<br>
<br>
*******************<br>
This email originates from outside Imperial. Do not click on links and attachments unless you recognise the sender. <br>
If you trust the sender, add them to your safe senders list <a href="https://spam.ic.ac.uk/SpamConsole/Senders.aspx" target="_blank">https://spam.ic.ac.uk/SpamConsole/Senders.aspx</a> to disable email stamping for this address.<br>
*******************<br>
_______________________________________________<br>
3dem mailing list<br>
<a href="mailto:3dem@ncmir.ucsd.edu" target="_blank">3dem@ncmir.ucsd.edu</a><br>
<a href="https://mail.ncmir.ucsd.edu/mailman/listinfo/3dem" target="_blank">https://mail.ncmir.ucsd.edu/mailman/listinfo/3dem</a><br>
</blockquote>
<br>
</div>
</div>
</div>
</div>
</div>
</div>
</div>

</blockquote></div>