TY - THES A1 - Peter, Franziska T1 - Transition to synchrony in finite Kuramoto ensembles T1 - Synchronisationsübergang in endlichen Kuramoto-Ensembles N2 - Synchronisation – die Annäherung der Rhythmen gekoppelter selbst oszillierender Systeme – ist ein faszinierendes dynamisches Phänomen, das in vielen biologischen, sozialen und technischen Systemen auftritt. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit Synchronisation in endlichen Ensembles schwach gekoppelter selbst-erhaltender Oszillatoren mit unterschiedlichen natürlichen Frequenzen. Das Standardmodell für dieses kollektive Phänomen ist das Kuramoto-Modell – unter anderem aufgrund seiner Lösbarkeit im thermodynamischen Limes unendlich vieler Oszillatoren. Ähnlich einem thermodynamischen Phasenübergang zeigt im Fall unendlich vieler Oszillatoren ein Ordnungsparameter den Übergang von Inkohärenz zu einem partiell synchronen Zustand an, in dem ein Teil der Oszillatoren mit einer gemeinsamen Frequenz rotiert. Im endlichen Fall treten Fluktuationen auf. In dieser Arbeit betrachten wir den bisher wenig beachteten Fall von bis zu wenigen hundert Oszillatoren, unter denen vergleichbar starke Fluktuationen auftreten, bei denen aber ein Vergleich zu Frequenzverteilungen im unendlichen Fall möglich ist. Zunächst definieren wir einen alternativen Ordnungsparameter zur Feststellung einer kollektiven Mode im endlichen Kuramoto-Modell. Dann prüfen wir die Abhängigkeit des Synchronisationsgrades und der mittleren Rotationsfrequenz der kollektiven Mode von Eigenschaften der natürlichen Frequenzverteilung für verschiedene Kopplungsstärken. Wir stellen dabei zunächst numerisch fest, dass der Synchronisationsgrad stark von der Form der Verteilung (gemessen durch die Kurtosis) und die Rotationsfrequenz der kollektiven Mode stark von der Asymmetrie der Verteilung (gemessen durch die Schiefe) der natürlichen Frequenzen abhängt. Beides können wir im thermodynamischen Limes analytisch verifizieren. Mit diesen Ergebnissen können wir Erkenntnisse anderer Autoren besser verstehen und verallgemeinern. Etwas abseits des roten Fadens dieser Arbeit finden wir außerdem einen analytischen Ausdruck für die Volumenkontraktion im Phasenraum. Der zweite Teil der Arbeit konzentriert sich auf den ordnenden Effekt von Fluktuationen, die durch die Endlichkeit des Systems zustande kommen. Im unendlichen Modell sind die Oszillatoren eindeutig in kohärent und inkohärent und damit in geordnet und ungeordnet getrennt. Im endlichen Fall können die auftretenden Fluktuationen zusätzliche Ordnung unter den asynchronen Oszillatoren erzeugen. Das grundlegende Prinzip, die rauschinduzierte Synchronisation, ist aus einer Reihe von Publikationen bekannt. Unter den gekoppelten Oszillatoren nähern sich die Phasen aufgrund der Fluktuationen des Ordnungsparameters an, wie wir einerseits direkt numerisch zeigen und andererseits mit einem Synchronisationsmaß aus der gerichteten Statistik zwischen Paaren passiver Oszillatoren nachweisen. Wir bestimmen die Abhängigkeit dieses Synchronisationsmaßes vom Verhältnis von paarweiser natürlicher Frequenzdifferenz zur Varianz der Fluktuationen. Dabei finden wir eine gute Übereinstimmung mit einem einfachen analytischen Modell, in welchem wir die deterministischen Fluktuationen des Ordnungsparameters durch weißes Rauschen ersetzen. N2 - Synchronization – the adjustment of rhythms among coupled self-oscillatory systems – is a fascinating dynamical phenomenon found in many biological, social, and technical systems. The present thesis deals with synchronization in finite ensembles of weakly coupled self-sustained oscillators with distributed frequencies. The standard model for the description of this collective phenomenon is the Kuramoto model – partly due to its analytical tractability in the thermodynamic limit of infinitely many oscillators. Similar to a phase transition in the thermodynamic limit, an order parameter indicates the transition from incoherence to a partially synchronized state. In the latter, a part of the oscillators rotates at a common frequency. In the finite case, fluctuations occur, originating from the quenched noise of the finite natural frequency sample. We study intermediate ensembles of a few hundred oscillators in which fluctuations are comparably strong but which also allow for a comparison to frequency distributions in the infinite limit. First, we define an alternative order parameter for the indication of a collective mode in the finite case. Then we test the dependence of the degree of synchronization and the mean rotation frequency of the collective mode on different characteristics for different coupling strengths. We find, first numerically, that the degree of synchronization depends strongly on the form (quantified by kurtosis) of the natural frequency sample and the rotation frequency of the collective mode depends on the asymmetry (quantified by skewness) of the sample. Both findings are verified in the infinite limit. With these findings, we better understand and generalize observations of other authors. A bit aside of the general line of thoughts, we find an analytical expression for the volume contraction in phase space. The second part of this thesis concentrates on an ordering effect of the finite-size fluctuations. In the infinite limit, the oscillators are separated into coherent and incoherent thus ordered and disordered oscillators. In finite ensembles, finite-size fluctuations can generate additional order among the asynchronous oscillators. The basic principle – noise-induced synchronization – is known from several recent papers. Among coupled oscillators, phases are pushed together by the order parameter fluctuations, as we on the one hand show directly and on the other hand quantify with a synchronization measure from directed statistics between pairs of passive oscillators. We determine the dependence of this synchronization measure from the ratio of pairwise natural frequency difference and variance of the order parameter fluctuations. We find a good agreement with a simple analytical model, in which we replace the deterministic fluctuations of the order parameter by white noise. KW - synchronization KW - Kuramoto model KW - finite size KW - phase transition KW - dynamical systems KW - networks KW - Synchronisation KW - Kuramoto-Modell KW - endliche Ensembles KW - Phasenübergang KW - dynamische Systeme KW - Netzwerke Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-429168 ER - TY - JOUR A1 - Breuer, David A1 - Nowak, Jacqueline A1 - Ivakov, Alexander A1 - Somssich, Marc A1 - Persson, Staffan A1 - Nikoloski, Zoran T1 - System-wide organization of actin cytoskeleton determines organelle transport in hypocotyl plant cells JF - Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America N2 - The actin cytoskeleton is an essential intracellular filamentous structure that underpins cellular transport and cytoplasmic streaming in plant cells. However, the system-level properties of actin-based cellular trafficking remain tenuous, largely due to the inability to quantify key features of the actin cytoskeleton. Here, we developed an automated image-based, network-driven framework to accurately segment and quantify actin cytoskeletal structures and Golgi transport. We show that the actin cytoskeleton in both growing and elongated hypocotyl cells has structural properties facilitating efficient transport. Our findings suggest that the erratic movement of Golgi is a stable cellular phenomenon that might optimize distribution efficiency of cell material. Moreover, we demonstrate that Golgi transport in hypocotyl cells can be accurately predicted from the actin network topology alone. Thus, our framework provides quantitative evidence for system-wide coordination of cellular transport in plant cells and can be readily applied to investigate cytoskeletal organization and transport in other organisms. KW - actin KW - cytoskeleton KW - Golgi KW - image processing KW - networks Y1 - 2017 U6 - https://doi.org/10.1073/pnas.1706711114 SN - 0027-8424 VL - 114 SP - E5741 EP - E5749 PB - National Acad. of Sciences CY - Washington ER - TY - JOUR A1 - Evans, Myfanwy E. A1 - Hyde, Stephen T. T1 - Symmetric Tangling of Honeycomb Networks JF - Symmetry N2 - Symmetric, elegantly entangled structures are a curious mathematical construction that has found their way into the heart of the chemistry lab and the toolbox of constructive geometry. Of particular interest are those structures—knots, links and weavings—which are composed locally of simple twisted strands and are globally symmetric. This paper considers the symmetric tangling of multiple 2-periodic honeycomb networks. We do this using a constructive methodology borrowing elements of graph theory, low-dimensional topology and geometry. The result is a wide-ranging enumeration of symmetric tangled honeycomb networks, providing a foundation for their exploration in both the chemistry lab and the geometers toolbox. KW - tangles KW - knots KW - networks KW - periodic entanglement KW - molecular weaving KW - graphs Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.3390/sym14091805 SN - 2073-8994 VL - 14 SP - 1 EP - 13 PB - MDPI CY - Basel, Schweiz ET - 9 ER - TY - GEN A1 - Evans, Myfanwy E. A1 - Hyde, Stephen T. T1 - Symmetric Tangling of Honeycomb Networks T2 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe N2 - Symmetric, elegantly entangled structures are a curious mathematical construction that has found their way into the heart of the chemistry lab and the toolbox of constructive geometry. Of particular interest are those structures—knots, links and weavings—which are composed locally of simple twisted strands and are globally symmetric. This paper considers the symmetric tangling of multiple 2-periodic honeycomb networks. We do this using a constructive methodology borrowing elements of graph theory, low-dimensional topology and geometry. The result is a wide-ranging enumeration of symmetric tangled honeycomb networks, providing a foundation for their exploration in both the chemistry lab and the geometers toolbox. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 1282 KW - tangles KW - knots KW - networks KW - periodic entanglement KW - molecular weaving KW - graphs Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-570842 SN - 1866-8372 IS - 1282 ER - TY - JOUR A1 - Ellis, Jason Brent A1 - Abreu-Ellis, Carla Reis T1 - Student Perspectives of Social Networking use in Higher Education JF - KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT N2 - Social networks are currently at the forefront of tools that lend to Personal Learning Environments (PLEs). This study aimed to observe how students perceived PLEs, what they believed were the integral components of social presence when using Facebook as part of a PLE, and to describe student’s preferences for types of interactions when using Facebook as part of their PLE. This study used mixed methods to analyze the perceptions of graduate and undergraduate students on the use of social networks, more specifically Facebook as a learning tool. Fifty surveys were returned representing a 65 % response rate. Survey questions included both closed and open-ended questions. Findings suggested that even though students rated themselves relatively well in having requisite technology skills, and 94 % of students used Facebook primarily for social use, they were hesitant to migrate these skills to academic use because of concerns of privacy, believing that other platforms could fulfil the same purpose, and by not seeing the validity to use Facebook in establishing social presence. What lies at odds with these beliefs is that when asked to identify strategies in Facebook that enabled social presence to occur in academic work, the majority of students identified strategies in five categories that lead to social presence establishment on Facebook during their coursework. KW - Social KW - networks KW - higher KW - education KW - personal KW - learning KW - environments KW - Facebook Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82632 SN - 1868-0844 SN - 2191-1940 IS - 7 SP - 117 EP - 131 PB - Universitätsverlag Potsdam CY - Potsdam ER - TY - JOUR A1 - Adolfs, Marjolijn A1 - Hoque, Mohammed Mainul A1 - Shprits, Yuri Y. T1 - Storm-time relative total electron content modelling using machine learning techniques JF - Remote sensing N2 - Accurately predicting total electron content (TEC) during geomagnetic storms is still a challenging task for ionospheric models. In this work, a neural-network (NN)-based model is proposed which predicts relative TEC with respect to the preceding 27-day median TEC, during storm time for the European region (with longitudes 30 degrees W-50 degrees E and latitudes 32.5 degrees N-70 degrees N). The 27-day median TEC (referred to as median TEC), latitude, longitude, universal time, storm time, solar radio flux index F10.7, global storm index SYM-H and geomagnetic activity index Hp30 are used as inputs and the output of the network is the relative TEC. The relative TEC can be converted to the actual TEC knowing the median TEC. The median TEC is calculated at each grid point over the European region considering data from the last 27 days before the storm using global ionosphere maps (GIMs) from international GNSS service (IGS) sources. A storm event is defined when the storm time disturbance index Dst drops below 50 nanotesla. The model was trained with storm-time relative TEC data from the time period of 1998 until 2019 (2015 is excluded) and contains 365 storms. Unseen storm data from 33 storm events during 2015 and 2020 were used to test the model. The UQRG GIMs were used because of their high temporal resolution (15 min) compared to other products from different analysis centers. The NN-based model predictions show the seasonal behavior of the storms including positive and negative storm phases during winter and summer, respectively, and show a mixture of both phases during equinoxes. The model's performance was also compared with the Neustrelitz TEC model (NTCM) and the NN-based quiet-time TEC model, both developed at the German Aerospace Agency (DLR). The storm model has a root mean squared error (RMSE) of 3.38 TEC units (TECU), which is an improvement by 1.87 TECU compared to the NTCM, where an RMSE of 5.25 TECU was found. This improvement corresponds to a performance increase by 35.6%. The storm-time model outperforms the quiet-time model by 1.34 TECU, which corresponds to a performance increase by 28.4% from 4.72 to 3.38 TECU. The quiet-time model was trained with Carrington averaged TEC and, therefore, is ideal to be used as an input instead of the GIM derived 27-day median. We found an improvement by 0.8 TECU which corresponds to a performance increase by 17% from 4.72 to 3.92 TECU for the storm-time model using the quiet-time-model predicted TEC as an input compared to solely using the quiet-time model. KW - ionosphere KW - relative total electron content KW - geomagnetic storms KW - neural KW - networks KW - NTCM KW - European storm-time model Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.3390/rs14236155 SN - 2072-4292 VL - 14 IS - 23 PB - MDPI CY - Basel ER - TY - JOUR A1 - Julich-Gruner, Konstanze K. A1 - Löwenberg, Candy A1 - Neffe, Axel T. A1 - Behl, Marc A1 - Lendlein, Andreas T1 - Recent trends in the chemistry of shape-memory polymers JF - Macromolecular chemistry and physics N2 - Shape-memory polymers (SMPs) are stimuli-sensitive materials capable of performing complex movements on demand, which makes them interesting candidates for various applications, for example, in biomedicine or aerospace. This trend article highlights current approaches in the chemistry of SMPs, such as tailored segment chemistry to integrate additional functions and novel synthetic routes toward permanent and temporary netpoints. Multiphase polymer networks and multimaterial systems illustrate that SMPs can be constructed as a modular system of different building blocks and netpoints. Future developments are aiming at multifunctional and multistimuli-sensitive SMPs. KW - multifunctional polymers KW - networks KW - shape-memory polymers KW - stimuli-sensitive polymers KW - triple-shape effect Y1 - 2013 U6 - https://doi.org/10.1002/macp.201200607 SN - 1022-1352 VL - 214 IS - 5 SP - 527 EP - 536 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - THES A1 - Omelchenko, Oleh T1 - Synchronität-und-Unordnung-Muster in Netzwerken gekoppelter Oszillatoren T1 - Patterns of synchrony and disorder in networks of coupled oscillators N2 - Synchronization of coupled oscillators manifests itself in many natural and man-made systems, including cyrcadian clocks, central pattern generators, laser arrays, power grids, chemical and electrochemical oscillators, only to name a few. The mathematical description of this phenomenon is often based on the paradigmatic Kuramoto model, which represents each oscillator by one scalar variable, its phase. When coupled, phase oscillators constitute a high-dimensional dynamical system, which exhibits complex behaviour, ranging from synchronized uniform oscillation to quasiperiodicity and chaos. The corresponding collective rhythms can be useful or harmful to the normal operation of various systems, therefore they have been the subject of much research. Initially, synchronization phenomena have been studied in systems with all-to-all (global) and nearest-neighbour (local) coupling, or on random networks. However, in recent decades there has been a lot of interest in more complicated coupling structures, which take into account the spatially distributed nature of real-world oscillator systems and the distance-dependent nature of the interaction between their components. Examples of such systems are abound in biology and neuroscience. They include spatially distributed cell populations, cilia carpets and neural networks relevant to working memory. In many cases, these systems support a rich variety of patterns of synchrony and disorder with remarkable properties that have not been observed in other continuous media. Such patterns are usually referred to as the coherence-incoherence patterns, but in symmetrically coupled oscillator systems they are also known by the name chimera states. The main goal of this work is to give an overview of different types of collective behaviour in large networks of spatially distributed phase oscillators and to develop mathematical methods for their analysis. We focus on the Kuramoto models for one-, two- and three-dimensional oscillator arrays with nonlocal coupling, where the coupling extends over a range wider than nearest neighbour coupling and depends on separation. We use the fact that, for a special (but still quite general) phase interaction function, the long-term coarse-grained dynamics of the above systems can be described by a certain integro-differential equation that follows from the mathematical approach called the Ott-Antonsen theory. We show that this equation adequately represents all relevant patterns of synchrony and disorder, including stationary, periodically breathing and moving coherence-incoherence patterns. Moreover, we show that this equation can be used to completely solve the existence and stability problem for each of these patterns and to reliably predict their main properties in many application relevant situations. N2 - Die Synchronisation von gekoppelten Oszillatoren tritt in vielen natürlichen und künstlichen Systemen auf, beispielsweise bei zirkadianen Uhren, zentralen Mustergeneratoren, Laserarrays, Stromnetzen oder chemischen und elektrochemischen Oszillatoren, um nur einige zu nennen. Die mathematische Beschreibung dieses Phänomens basiert häufig auf dem paradigmatischen Kuramoto-Modell, das jeden Oszillator durch eine skalare Variable, seine Phase, darstellt. Wenn Phasenoszillatoren gekoppelt sind, bilden sie ein hochdimensionales dynamisches System, das ein komplexes Verhalten aufweist, welches von synchronisierter kollektiver Oszillation bis zu Quasiperiodizität und Chaos reicht. Die entsprechenden kollektiven Rhythmen können für den normalen Betrieb verschiedener Systeme nützlich oder schädlich sein, weshalb sie Gegenstand zahlreicher Untersuchungen waren. Anfänglich wurden Synchronisationsphänomene in Systemen mit globaler Mittelfeldkopplung und lokaler Nächster-Nachbar Kopplung oder in komplexen Netzwerken untersucht. In den letzten Jahrzehnten gab es jedoch großes Interesse an anderen Kopplungsstrukturen, die die räumlich verteilte Natur realer Oszillatorsysteme und die entfernungsabhängige Natur der Wechselwirkung zwischen ihren Komponenten berücksichtigen. Sowohl in Bereichen der Biologie als auch der Neurowissenschaften gibt es eine Vielzahl von Beipsieln für solche Systeme. Dazu gehören räumlich verteilte Zellpopulationen, Zilien-Teppiche und neuronale Netze, die für das Arbeitsgedächtnis relevant sind. In vielen Fällen unterstützen diese Systeme eine Vielzahl von Synchronität-und-Unordnung-Mustern mit bemerkenswerten Eigenschaften, die in anderen kontinuierlichen Medien nicht beobachtet wurden. Solche Muster werden üblicherweise als Kohärenz-Inkohärenz-Muster bezeichnet, aber in symmetrisch gekoppelten Oszillatorsystemen sind diese auch unter dem Namen Chimära-Zustände bekannt. Das Hauptziel dieser Arbeit ist es, einen Überblick über verschiedene Arten von kollektivem Verhalten in großen Netzwerken räumlich verteilter Phasenoszillatoren zu geben und mathematische Methoden für deren Analyse zu entwickeln. Wir konzentrieren uns dabei auf die Kuramoto-Modelle für ein-, zwei- und dreidimensionale Oszillator-Arrays mit nichtlokaler Kopplung, wobei sich die Kopplung über einen Bereich erstreckt, welcher breiter ist als die Kopplung zum nächsten Nachbarn und von der Trennung abhängt. Wir verwenden die Tatsache, dass für eine spezielle (aber immer noch recht allgemeine) Phasenwechselwirkungsfunktion die langfristige grobkörnige Dynamik der obigen Systeme durch eine bestimmte Integro-Differentialgleichung beschrieben werden kann. Diese ergibt sich aus dem mathematischen Ansatz namens Ott-Antonsen-Theorie. Wir zeigen, dass diese Gleichung alle relevanten Synchronität-und-Unordnung-Muster angemessen darstellt, einschließlich stationärer, periodisch oszillierender und sich bewegender Kohärenz-Inkohärenz-Muster. Darüber hinaus zeigen wir, dass diese Gleichung verwendet werden kann, um das Existenz- und Stabilitätsproblem für jedes dieser Muster vollständig zu lösen und ihre Haupteigenschaften in vielen anwendungsrelevanten Situationen zuverlässig vorherzusagen. KW - phase oscillators KW - networks KW - synchronization KW - dynamical patterns KW - chimera states KW - Phasenoszillatoren KW - Netzwerke KW - Synchronisation KW - dynamische Muster KW - Chimäre-Zustände Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-535961 ER - TY - JOUR A1 - Omelʹchenko, Oleh E. T1 - Nonstationary coherence-incoherence patterns in nonlocally coupled heterogeneous phase oscillators JF - Chaos : an interdisciplinary journal of nonlinear science N2 - We consider a large ring of nonlocally coupled phase oscillators and show that apart from stationary chimera states, this system also supports nonstationary coherence-incoherence patterns (CIPs). For identical oscillators, these CIPs behave as breathing chimera states and are found in a relatively small parameter region only. It turns out that the stability region of these states enlarges dramatically if a certain amount of spatially uniform heterogeneity (e.g., Lorentzian distribution of natural frequencies) is introduced in the system. In this case, nonstationary CIPs can be studied as stable quasiperiodic solutions of a corresponding mean-field equation, formally describing the infinite system limit. Carrying out direct numerical simulations of the mean-field equation, we find different types of nonstationary CIPs with pulsing and/or alternating chimera-like behavior. Moreover, we reveal a complex bifurcation scenario underlying the transformation of these CIPs into each other. These theoretical predictions are confirmed by numerical simulations of the original coupled oscillator system. KW - chimera states KW - synchronization KW - networks KW - Kuramoto KW - populations KW - dynamics KW - bumps KW - model Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.1063/1.5145259 SN - 1054-1500 SN - 1089-7682 VL - 30 IS - 4 PB - American Institute of Physics CY - Melville ER - TY - JOUR A1 - Ocampo-Espindola, Jorge Luis A1 - Omel'chenko, Oleh A1 - Kiss, Istvan Z. T1 - Non-monotonic transients to synchrony in Kuramoto networks and electrochemical oscillators JF - Journal of physics. Complexity N2 - We performed numerical simulations with the Kuramoto model and experiments with oscillatory nickel electrodissolution to explore the dynamical features of the transients from random initial conditions to a fully synchronized (one-cluster) state. The numerical simulations revealed that certain networks (e.g., globally coupled or dense Erdos-Renyi random networks) showed relatively simple behavior with monotonic increase of the Kuramoto order parameter from the random initial condition to the fully synchronized state and that the transient times exhibited a unimodal distribution. However, some modular networks with bridge elements were identified which exhibited non-monotonic variation of the order parameter with local maximum and/or minimum. In these networks, the histogram of the transients times became bimodal and the mean transient time scaled well with inverse of the magnitude of the second largest eigenvalue of the network Laplacian matrix. The non-monotonic transients increase the relative standard deviations from about 0.3 to 0.5, i.e., the transient times became more diverse. The non-monotonic transients are related to generation of phase patterns where the modules are synchronized but approximately anti-phase to each other. The predictions of the numerical simulations were demonstrated in a population of coupled oscillatory electrochemical reactions in global, modular, and irregular tree networks. The findings clarify the role of network structure in generation of complex transients that can, for example, play a role in intermittent desynchronization of the circadian clock due to external cues or in deep brain stimulations where long transients are required after a desynchronization stimulus. KW - synchronization KW - networks KW - Kuramoto model KW - electrochemistry KW - chemical KW - oscillations Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1088/2632-072X/abe109 SN - 2632-072X VL - 2 IS - 1 PB - IOP Publ. Ltd. CY - Bristol ER - TY - GEN A1 - Di Giacomo, Adrian S. A1 - Di Giacomo, Alejandro G. A1 - Kliger, Rafi A1 - Reboreda, Juan C. A1 - Tiedemann, Ralph A1 - Mahler, Bettina T1 - No evidence of genetic variation in microsatellite and mitochondrial DNA markers among remaining populations of the Strange-tailed Tyrant Alectrurus risora, an endangered grassland species T2 - Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch Naturwissenschaftliche Reihe N2 - The Strange-tailed Tyrant Alectrurus risora (Aves: Tyrannidae) is an endemic species of southern South American grasslands that suffered a 90% reduction of its original distribution due to habitat transformation. This has led the species to be classified as globally Vulnerable. By the beginning of the last century, populations were partially migratory and moved south during the breeding season. Currently, the main breeding population inhabits the Ibera wetlands in the province of Corrientes, north-east Argentina, where it is resident all year round. There are two remaining small populations in the province of Formosa, north-east Argentina, and in southern Paraguay, which are separated from the main population by the Parana-Paraguay River and its continuous riverine forest habitat. The populations of Corrientes and Formosa are separated by 300 km and the grasslands between populations are non-continuous due to habitat transformation. We used mtDNA sequences and eight microsatellite loci to test if there were evidences of genetic isolation between Argentinean populations. We found no evidence of genetic structure between populations (Phi(ST) = 0.004, P = 0.32; Fst = 0.01, P = 0.06), which can be explained by either retained ancestral polymorphism or by dispersal between populations. We found no evidence for a recent demographic bottleneck in nuclear loci. Our results indicate that these populations could be managed as a single conservation unit on a regional scale. Conservation actions should be focused on preserving the remaining network of areas with natural grasslands to guarantee reproduction, dispersal and prevent further decline of populations. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 583 KW - conservation genetics KW - fragmentation KW - flycatchers KW - challenges KW - dispersal KW - software KW - networks KW - birds KW - units KW - bottlenecks Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-414427 IS - 583 SP - 127 EP - 138 ER - TY - GEN A1 - Agarwal, Ankit A1 - Marwan, Norbert A1 - Maheswaran, Rathinasamy A1 - Merz, Bruno A1 - Kurths, Jürgen T1 - Multi-scale event synchronization analysis for unravelling climate processes BT - a wavelet-based approach T2 - Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe N2 - The temporal dynamics of climate processes are spread across different timescales and, as such, the study of these processes at only one selected timescale might not reveal the complete mechanisms and interactions within and between the (sub-) processes. To capture the non-linear interactions between climatic events, the method of event synchronization has found increasing attention recently. The main drawback with the present estimation of event synchronization is its restriction to analysing the time series at one reference timescale only. The study of event synchronization at multiple scales would be of great interest to comprehend the dynamics of the investigated climate processes. In this paper, the wavelet-based multi-scale event synchronization (MSES) method is proposed by combining the wavelet transform and event synchronization. Wavelets are used extensively to comprehend multi-scale processes and the dynamics of processes across various timescales. The proposed method allows the study of spatio-temporal patterns across different timescales. The method is tested on synthetic and real-world time series in order to check its replicability and applicability. The results indicate that MSES is able to capture relationships that exist between processes at different timescales. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 661 KW - precipitation KW - phase KW - EEG KW - desynchronization KW - interdependences KW - coherence KW - networks KW - monsoon KW - models KW - time Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-418274 SN - 1866-8372 IS - 661 ER - TY - THES A1 - Wittenbecher, Clemens T1 - Linking whole-grain bread, coffee, and red meat to the risk of type 2 diabetes T1 - Der Einfluss von Vollkornbrot, Kaffee, und rotem Fleisch auf das Typ 2 Diabetesrisiko BT - using metabolomics networks to infer potential biological mechanisms BT - Verwendung von Metabolomics-Netzwerken, um auf biologische Mechanismen zu schließen N2 - Background: Consumption of whole-grain, coffee, and red meat were consistently related to the risk of developing type 2 diabetes in prospective cohort studies, but potentially underlying biological mechanisms are not well understood. Metabolomics profiles were shown to be sensitive to these dietary exposures, and at the same time to be informative with respect to the risk of type 2 diabetes. Moreover, graphical network-models were demonstrated to reflect the biological processes underlying high-dimensional metabolomics profiles. Aim: The aim of this study was to infer hypotheses on the biological mechanisms that link consumption of whole-grain bread, coffee, and red meat, respectively, to the risk of developing type 2 diabetes. More specifically, it was aimed to consider network models of amino acid and lipid profiles as potential mediators of these risk-relations. Study population: Analyses were conducted in the prospective EPIC-Potsdam cohort (n = 27,548), applying a nested case-cohort design (n = 2731, including 692 incident diabetes cases). Habitual diet was assessed with validated semiquantitative food-frequency questionnaires. Concentrations of 126 metabolites (acylcarnitines, phosphatidylcholines, sphingomyelins, amino acids) were determined in baseline-serum samples. Incident type 2 diabetes cases were assed and validated in an active follow-up procedure. The median follow-up time was 6.6 years. Analytical design: The methodological approach was conceptually based on counterfactual causal inference theory. Observations on the network-encoded conditional independence structure restricted the space of possible causal explanations of observed metabolomics-data patterns. Given basic directionality assumptions (diet affects metabolism; metabolism affects future diabetes incidence), adjustment for a subset of direct neighbours was sufficient to consistently estimate network-independent direct effects. Further model-specification, however, was limited due to missing directionality information on the links between metabolites. Therefore, a multi-model approach was applied to infer the bounds of possible direct effects. All metabolite-exposure links and metabolite-outcome links, respectively, were classified into one of three categories: direct effect, ambiguous (some models indicated an effect others not), and no-effect. Cross-sectional and longitudinal relations were evaluated in multivariable-adjusted linear regression and Cox proportional hazard regression models, respectively. Models were comprehensively adjusted for age, sex, body mass index, prevalence of hypertension, dietary and lifestyle factors, and medication. Results: Consumption of whole-grain bread was related to lower levels of several lipid metabolites with saturated and monounsaturated fatty acids. Coffee was related to lower aromatic and branched-chain amino acids, and had potential effects on the fatty acid profile within lipid classes. Red meat was linked to lower glycine levels and was related to higher circulating concentrations of branched-chain amino acids. In addition, potential marked effects of red meat consumption on the fatty acid composition within the investigated lipid classes were identified. Moreover, potential beneficial and adverse direct effects of metabolites on type 2 diabetes risk were detected. Aromatic amino acids and lipid metabolites with even-chain saturated (C14-C18) and with specific polyunsaturated fatty acids had adverse effects on type 2 diabetes risk. Glycine, glutamine, and lipid metabolites with monounsaturated fatty acids and with other species of polyunsaturated fatty acids were classified as having direct beneficial effects on type 2 diabetes risk. Potential mediators of the diet-diabetes links were identified by graphically overlaying this information in network models. Mediation analyses revealed that effects on lipid metabolites could potentially explain about one fourth of the whole-grain bread effect on type 2 diabetes risk; and that effects of coffee and red meat consumption on amino acid and lipid profiles could potentially explain about two thirds of the altered type 2 diabetes risk linked to these dietary exposures. Conclusion: An algorithm was developed that is capable to integrate single external variables (continuous exposures, survival time) and high-dimensional metabolomics-data in a joint graphical model. Application to the EPIC-Potsdam cohort study revealed that the observed conditional independence patterns were consistent with the a priori mediation hypothesis: Early effects on lipid and amino acid metabolism had the potential to explain large parts of the link between three of the most widely discussed diabetes-related dietary exposures and the risk of developing type 2 diabetes. N2 - Hintergrund: Evidenz aus prospektiven Kohortenstudien belegt, dass der gewohnheitsmäßige Verzehr von Vollkorn, Kaffee und rotem Fleisch mit dem Risiko an Typ 2 Diabetes zu erkranken assoziiert ist. Dieser Risikobeziehung eventuell zugrunde liegende Mechanismen sind allerdings noch weitgehend unklar. Des Weiteren wurde gezeigt, dass Metabolitenprofile im Blut durch die oben genannten Ernährungs-expositionen beeinflusst werden und außerdem in Zusammenhang mit dem Typ 2 Diabetesrisiko stehen. Zusätzlich wurde beschrieben, dass grafische Netzwerkmodelle von Metabolitenprofilen die zugrunde liegenden Stoffwechselprozesse gut abbilden. Zielstellung: Das Ziel dieser Arbeit war es, Hypothesen bezüglich biologischer Mechanismen zu generieren, die die Assoziationen des Vollkornverzehrs, des Kaffeekonsums und des Fleischverzehrs mit dem Typ 2 Diabetesrisiko erklären könnten. Im speziellen sollten Aminosäure- und Lipidprofile als mögliche Mediatoren des Risikozusammenhangs untersucht werden. Studienpopulation: Analysen wurden auf Grundlage von Daten aus der prospektiven EPIC-Potsdam Kohortenstudie (n=27,548) durchgeführt, wobei ein Fall-Kohorten-Design verwendet wurde (n=2317, darunter 692 inzidente Typ 2 Diabetesfälle). Ernährungsgewohnheiten wurden mit einem validierten, semiquantitativen Verzehrshäufigkeitsfragebogen erfasst. Die Konzentrationen von 126 Metaboliten (Aminosäuren, Acylcarnitine, Sphingomyeline und Phosphatidylcholine) wurden zur Basiserhebung genommen Blutproben gemessen. Inzidente Typ 2 Diabetesfälle wurden im Rahmen einer aktiven Folgeerhebung detektiert und verifiziert. Die mediane Dauer des berücksichtigten prospektiven Erhebungszeitraums lag für diese Studie bei 6,6 Jahren. Aufbau der Analysen: Die theoretische Grundlage für den methodischen Ansatz dieser Arbeit bildete die kontrafaktische Theorie der Kausalinferenz. Die in Netzwerken kodierte konditionale Unabhängigkeitsstruktur wurde genutzt, um den Raum möglicher Modelle zu begrenzen, die die beobachteten Zusammenhänge zwischen den Metaboliten erklären könnten. Unter Annahme weniger grundlegender Effektrichtungen (von der Ernährung auf die Netzwerke gerichtete Effekte; von den Netzwerken auf das Diabetesrisiko gerichtete Effekte) genügt die Adjustierung für eine Teilmenge der direkten Nachbarn im Netzwerk, um netzwerkunabhängige direkte Effekte konsistent zu schätzen. Eine weitere Spezifizierung der Modelle war allerdings aufgrund fehlender Richtungsinformationen zu den Metaboliten-abhängigkeiten nicht möglich. Deshalb wurde ein Multi-Modellierungsansatz gewählt, um die Grenzen möglicher Effekte zu schlussfolgern. Alle möglichen Ernährungs-Metaboliten-Beziehungen und Metaboliten-Typ 2 Diabetesrisiko-Beziehungen wurden dadurch in eine der folgenden drei Kategorien klassifiziert: Direkter Effekt, Unklar, Kein Effekt. Querschnittsbeziehungen wurden in multivariabel adjustierten linearen Regressionsmodellen untersucht. Longitudinale Zusammenhänge wurden mit Cox-Regressionsmodellen geschätzt. Alle Modelle wurden für Alter, Geschlecht, Body-Mass-Index, prävalente Hypertonie, Ernährungs- und Lebensstilfaktoren und die Einnahme von Medikamenten adjustiert. Ergebnisse: Der Verzehr von Vollkornbrot stand im Zusammenhang mit niedrigeren Konzentrationen gesättigter und einfach ungesättigter Fettsäuren. Kaffee stand in Beziehung zu niedrigeren Konzentrationen verzweigtkettiger und aromatischer Aminosäuren und hatte potentielle Effekte auf das Fettsäureprofil in den Lipidmetaboliten. Rotes Fleisch zeigte einen Zusammenhang mit niedrigeren Glyzinspiegeln und mit höheren Konzentrationen verzweigtkettiger Aminosäuren. Außerdem stand das Fettsäureprofil in den verschieden Gruppen von Lipidmetaboliten in Zusammenhang mit dem Fleischverzehr. Des Weiteren wurden potentielle Effekte der Metabolite auf das Typ 2 Diabetesrisiko gefunden. Aromatische Aminosäuren und Lipidmetabolite mit geradzahligen, gesättigten (C14-C16) und mit spezifischen mehrfach ungesättigten Fettsäureseitenketten standen mit einem erhöhten Typ 2 Diabetesrisiko in Beziehung. Glyzin, Glutamin und Lipidmetabolite mit einfach ungesättigten und anderen mehrfach ungesättigten Fettsäureseitenketten zeigten einen günstigen Zusammenhang mit dem Diabetesrisiko. Mögliche Mediatoren der Beziehung der Ernährungsexpositionen wurden identifiziert, indem diese Informationen in gemeinsamen grafischen Modellen integriert wurden. Mediationsanalysen zeigten, dass die möglichen Effekte von Vollkornverzehr auf die Lipidmetabolite ungefähr ein Viertel des günstigen Einflusses von Vollkornverzehr auf das Diabetesrisikos erklären könnten. Die möglichen Effekte von Kaffeekonsum und von Fleischverzehr auf Aminosäuren und Lipidmetabolite könnten jeweils ungefähr zwei Drittel der Zusammenhänge mit dem Diabetesrisiko erklären. Schlussfolgerung: Grundlage für die Ergebnisse dieser Arbeit war die Entwicklung eines Algorithmus, der externe Faktoren (kontinuierlich Expositionsvariablen, Ereigniszeit-Daten) und hochdimensionale Metabolitenprofile in einem gemeinsamen grafischen Modell integriert. Die Anwendung dieses Algorithmus auf Daten aus der EPIC-Potsdam Kohortenstudie hat gezeigt, dass die beobachteten konditionalen Unabhängigkeitsstrukturen mit der a priori Mediationshypothese konsistent waren. Der frühe Einfluss auf den Aminosäure- und Lipidstoffwechsel könnte die beobachteten Zusammenhänge zwischen drei wichtigen Ernährungsfaktoren und dem Risiko an Typ 2 Diabetes zu erkranken zu großen Teilen erklären. KW - type 2 diabetes KW - nutrition KW - lipid metabolism KW - metabolomics KW - epidemiology KW - networks KW - graphical models KW - mediation analysis KW - red meat KW - whole-grain KW - Diabetes mellitus Typ 2 KW - Ernährung KW - Fettstoffwechsel KW - Metabolomics KW - Epidemiologie KW - Netzwerke KW - grafische Modelle KW - Mediationsanalyse KW - rotes Fleisch KW - Vollkorn KW - Kaffee KW - coffee Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-404592 ER - TY - JOUR A1 - Loster, Michael A1 - Koumarelas, Ioannis A1 - Naumann, Felix T1 - Knowledge transfer for entity resolution with siamese neural networks JF - ACM journal of data and information quality N2 - The integration of multiple data sources is a common problem in a large variety of applications. Traditionally, handcrafted similarity measures are used to discover, merge, and integrate multiple representations of the same entity-duplicates-into a large homogeneous collection of data. Often, these similarity measures do not cope well with the heterogeneity of the underlying dataset. In addition, domain experts are needed to manually design and configure such measures, which is both time-consuming and requires extensive domain expertise.
We propose a deep Siamese neural network, capable of learning a similarity measure that is tailored to the characteristics of a particular dataset. With the properties of deep learning methods, we are able to eliminate the manual feature engineering process and thus considerably reduce the effort required for model construction. In addition, we show that it is possible to transfer knowledge acquired during the deduplication of one dataset to another, and thus significantly reduce the amount of data required to train a similarity measure. We evaluated our method on multiple datasets and compare our approach to state-of-the-art deduplication methods. Our approach outperforms competitors by up to +26 percent F-measure, depending on task and dataset. In addition, we show that knowledge transfer is not only feasible, but in our experiments led to an improvement in F-measure of up to +4.7 percent. KW - Entity resolution KW - duplicate detection KW - transfer learning KW - neural KW - networks KW - metric learning KW - similarity learning KW - data quality Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1145/3410157 SN - 1936-1955 SN - 1936-1963 VL - 13 IS - 1 PB - Association for Computing Machinery CY - New York ER - TY - JOUR A1 - Orland, Andreas A1 - Padubrin, Max T1 - Is there a gender hiring gap in academic economics? BT - evidence from a network analysis JF - Royal Society Open Science N2 - We collect a network dataset of tenured economics faculty in Austria, Germany and Switzerland. We rank the 100 institutions included with a minimum violation ranking. This ranking is positively and significantly correlated with the Times Higher Education ranking of economics institutions. According to the network ranking, individuals on average go down about 23 ranks from their doctoral institution to their employing institution. While the share of females in our dataset is only 15%, we do not observe a significant gender hiring gap (a difference in rank changes between male and female faculty). We conduct a robustness check with the Handelsblatt and the Times Higher Education ranking. According to these rankings, individuals on average go down only about two ranks. We do not observe a significant gender hiring gap using these two rankings (although the dataset underlying this analysis is small and these estimates are likely to be noisy). Finally, we discuss the limitations of the network ranking in our context. KW - gender KW - networks KW - academia Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.1098/rsos.210717 SN - 2054-5703 VL - 9 IS - 2 PB - Royal Society CY - London ER - TY - GEN A1 - Schrön, Martin A1 - Köhli, Markus A1 - Scheiffele, Lena A1 - Iwema, Joost A1 - Bogena, Heye R. A1 - Lv, Ling A1 - Martini, Edoardo A1 - Baroni, Gabriele A1 - Rosolem, Rafael A1 - Weimar, Jannis A1 - Mai, Juliane A1 - Cuntz, Matthias A1 - Rebmann, Corinna A1 - Oswald, Sascha A1 - Dietrich, Peter A1 - Schmidt, Ulrich A1 - Zacharias, Steffen T1 - Improving calibration and validation of cosmic-ray neutron sensors in the light of spatial sensitivity T2 - Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch Naturwissenschaftliche Reihe N2 - In the last few years the method of cosmic-ray neutron sensing (CRNS) has gained popularity among hydrologists, physicists, and land-surface modelers. The sensor provides continuous soil moisture data, averaged over several hectares and tens of decimeters in depth. However, the signal still may contain unidentified features of hydrological processes, and many calibration datasets are often required in order to find reliable relations between neutron intensity and water dynamics. Recent insights into environmental neutrons accurately described the spatial sensitivity of the sensor and thus allowed one to quantify the contribution of individual sample locations to the CRNS signal. Consequently, data points of calibration and validation datasets are suggested to be averaged using a more physically based weighting approach. In this work, a revised sensitivity function is used to calculate weighted averages of point data. The function is different from the simple exponential convention by the extraordinary sensitivity to the first few meters around the probe, and by dependencies on air pressure, air humidity, soil moisture, and vegetation. The approach is extensively tested at six distinct monitoring sites: two sites with multiple calibration datasets and four sites with continuous time series datasets. In all cases, the revised averaging method improved the performance of the CRNS products. The revised approach further helped to reveal hidden hydrological processes which otherwise remained unexplained in the data or were lost in the process of overcalibration. The presented weighting approach increases the overall accuracy of CRNS products and will have an impact on all their applications in agriculture, hydrology, and modeling. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 636 KW - forested headwater catchment KW - moisture observing system KW - soil-water content KW - parameterization methods KW - scale KW - field KW - dynamics KW - observatories KW - networks Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-419134 IS - 636 SP - 5009 EP - 5030 ER - TY - JOUR A1 - Schwarz, Ingo A1 - Buffon, Giuseppe A1 - Ette, Ottmar A1 - Garrido, Elisa A1 - Heyd, Thomas A1 - Lundberg, Karin A1 - Werner, Petra ED - Ette, Ottmar ED - Knobloch, Eberhard T1 - HiN : Alexander von Humboldt im Netz T2 - HIN : Alexander von Humboldt im Netz ; international review for Humboldtian studies N2 - Ingo Schwarz: „Uebrigens verbleibe ich mit besonderer Werthschätzung Euer gnädiger König“. Zum Briefwechsel Alexander von Humboldts mit Friedrich Wilhelm III. im September 1804 Giuseppe Buffon: The Franciscans in Cathay: memory of men and places. A Contribution for the genealogy of geographical knowledge of Alexander von Humboldt Ottmar Ette: Icono-grafía, cali-grafía, auto-grafía. Sobre el arte de la visualización en los diarios del viaje americano de Alexander von Humboldt Elisa Garrido: Arte, ciencia y cultura visual en el atlas pintoresco: Vista de la Plaza Mayor de Mexico Thomas Heyd: Ascensión al Teide de Alexander von Humboldt Karin Lundberg: Networking Knowledge: Considering Alexander von Humboldt’s Legacy in a New Shared Space in Education Petra Werner: In der Naturgeschichte „etwas Höheres suchen“. Zu Humboldts Konzept der Pflanzengeographie T3 - HiN : Alexander von Humboldt im Netz ; International Review for Humboldtian Studies - XVI.2015, 30 KW - Humboldt KW - Alexander von Humboldt KW - Humboldt-Forschung KW - Universität Potsdam KW - BBAW KW - Alexander von Humboldt auf Reisen KW - Brief KW - Briefwechsel KW - Friedrich Wilhelm III. KW - 1804 KW - Franziskaner KW - Geographie KW - Epistemologie der Geographie KW - Editionsprojekte KW - Reisemanuskripte KW - Reisetagebücher KW - Amerikanische Reisetagebücher KW - Vues des Cordilleres KW - Vista de las Cordilleras KW - Kunstgeschichte KW - visual culture KW - Bildwissenschaft KW - Pico de Teide KW - Teneriffa KW - Tenerife KW - knowledge KW - networks KW - education KW - community college KW - East Coast KW - USA KW - Naturgeschichte KW - Pflanzengeographie Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-86895 SN - 1617-5239 SN - 2568-3543 VL - XVI IS - 30 PB - Universitätsverlag Potsdam CY - Potsdam ER - TY - THES A1 - Giorgi, Federico Manuel T1 - Expression-based reverse engineering of plant transcriptional networks T1 - Expressionsbasierte Rekonstruktion von pflanzlichen Transkriptionsnetzwerken N2 - Regulation of gene transcription plays a major role in mediating cellular responses and physiological behavior in all known organisms. The finding that similar genes are often regulated in a similar manner (co-regulated or "co-expressed") has directed several "guilt-by-association" approaches in order to reverse-engineer the cellular transcriptional networks using gene expression data as a compass. This kind of studies has been considerably assisted in the recent years by the development of high-throughput transcript measurement platforms, specifically gene microarrays and next-generation sequencing. In this thesis, I describe several approaches for improving the extraction and interpretation of the information contained in microarray based gene expression data, through four steps: (1) microarray platform design, (2) microarray data normalization, (3) gene network reverse engineering based on expression data and (4) experimental validation of expression-based guilt-by-association inferences. In the first part test case is shown aimed at the generation of a microarray for Thellungiella salsuginea, a salt and drought resistant close relative to the model plant Arabidopsis thaliana; the transcripts of this organism are generated on the combination of publicly available ESTs and newly generated ad-hoc next-generation sequencing data. Since the design of a microarray platform requires the availability of highly reliable and non-redundant transcript models, these issues are addressed consecutively, proposing several different technical solutions. In the second part I describe how inter-array correlation artifacts are generated by the common microarray normalization methods RMA and GCRMA, together with the technical and mathematical characteristics underlying the problem. A solution is proposed in the form of a novel normalization method, called tRMA. The third part of the thesis deals with the field of expression-based gene network reverse engineering. It is shown how different centrality measures in reverse engineered gene networks can be used to distinguish specific classes of genes, in particular essential genes in Arabidopsis thaliana, and how the use of conditional correlation can add a layer of understanding over the information flow processes underlying transcript regulation. Furthermore, several network reverse engineering approaches are compared, with a particular focus on the LASSO, a linear regression derivative rarely applied before in global gene network reconstruction, despite its theoretical advantages in robustness and interpretability over more standard methods. The performance of LASSO is assessed through several in silico analyses dealing with the reliability of the inferred gene networks. In the final part, LASSO and other reverse engineering methods are used to experimentally identify novel genes involved in two independent scenarios: the seed coat mucilage pathway in Arabidopsis thaliana and the hypoxic tuber development in Solanum tuberosum. In both cases an interesting method complementarity is shown, which strongly suggests a general use of hybrid approaches for transcript expression-based inferences. In conclusion, this work has helped to improve our understanding of gene transcription regulation through a better interpretation of high-throughput expression data. Part of the network reverse engineering methods described in this thesis have been included in a tool (CorTo) for gene network reverse engineering and annotated visualization from custom transcription datasets. N2 - Die Regulation der Gentranskription spielt eine wichtige Rolle bei der Steuerung des physiologischen Verhaltens in allen Organismen. Dass ähnliche Gene oft in gleicher Weise reguliert werden (koreguliert oder koexpimiert), hat zu diversen „guilt-by-association“-Ansätzen zur Rekonstruktion von zellulären Transkriptionsnetzwerken geführt, die Genexpressionsdaten zur Orientierung nutzen. Studien dieser Art wurden in den letzten Jahren durch die Entwicklung von Hochdurchsatzmessungen von Transkriptmengen mittels Mikroarrays und ‚Next Generation‘ Sequenziertechniken stark gefördert. In der vorliegenden Arbeit werden verschiedene Ansätze zur Verbesserung der Extraktion und Interpretation von Mikroarray-basierten Genexpressionsdaten in vier Schritten beschrieben: (1) Mikroarray-Sonden-Design, (2) Mikroarray Datennormalisierung, (3) Rekonstruktion von Gennetzwerken unter Verwendung von Expressionsdaten und (4) experimentelle Überprüfung von expressionsbasierten „guilt-by-association“ Schlussfolgerungen. Im ersten Teil wird ein Beispiel zur Erstellung eines Mikroarrays für Thelungiella salsuginea gezeigt, einem salz- und trockenresistenten Verwandten von Arabidopsis thaliana. Zur Rekonstruktion der Transkripte wurden sowohl öffentliche ESTs (‚expressed sequence tags‘) als auch neu erzeugte ‚Next Generation‘ Sequenzierdaten genutzt. Da das Design von Mikroarrays speziesspezifische, nicht-redundante Transkriptmodelle erfordert, werden diese Aufgaben nacheinander abgearbeitet und verschiedene technische Lösungsmöglichkeiten aufgezeigt. Im zweiten Teil wird beschrieben, wie übliche Mikroarray-Normalisierungsverfahren wie RMA und GCRMA zu Korrelationsartefakten führen können. Technische sowie mathematische Hintergründe werden erläutert und zur Lösung des Problems wird mit tRMA eine neue Normalisierungsmethode vorgestellt. Der dritte Teil der Arbeit beschäftigt sich der expressionsbasierten Rekonstruktion von Gennetzwerken. Es wird demonstriert, wie dabei verschiedene „Zentralitäten“ bei zur Unterscheidung von spezifischen Genklassen, hier beispielhaft essentielle Gene von Arabidopsis thaliana, genutzt werden können und wie die Verwendung von konditioneller Korrelation tieferes Verständnis des der Transkriptionsregulation zugrundeliegenden Informationsflusses ermöglicht. Weiterhin werden Ansätze zur Netzwerkrekonstruktion verglichen. Besonderes Augenmerk liegt dabei auf der LASSO Technik, einer Art linearer Regression, die trotz ihren theoretischen Vorteilen in Robustheit und Interpretierbarkeit gegenüber Standardmethoden bisher selten zur Rekonstruktion von globalen Gennetzwerken genutzt wurde. Die Leistungsfähigkeit von LASSO wird durch in silico Analysen der Zuverlässigkeit der erstellten Gennetzwerke gemessen. Im letzten Teil der Arbeit wurden LASSO und andere Rekonstruktionsmethoden genutzt um experimentell neue Gene der folgenden zwei Szenarien zu identifizieren: im Samenschleim von Arabidopsis thaliana und während der Knollenentwicklung von Solanum tuberosum unter Sauerstoffmangel. In beiden Fällen wird eine interessante Methodenkomplementarität gezeigt, nach welcher eine Mischung mehrerer Ansätze zu empfehlen ist um Schlüsse aufgrund von Transkriptexpression zu ziehen. Zusammenfassend zielt diese Arbeit darauf ab, das Verständnis der Regulation von Gentranskriptionsnetzwerken durch bessere Interpretation von Hochdurchsatzexpressionsdaten zu verbessern. Ein Teil der in dieser Arbeit beschriebenen Methoden wurden im Programm CorTo zur Gennetzwerkrekonstruktion und annotierten Visualisierung von benutzerdefinierten Transkriptionsdaten verarbeitet. KW - Koexpression KW - Microarrays KW - Essentialität KW - Transkriptionsnetzwerke KW - LASSO KW - Coexpression KW - microarrays KW - essentiality KW - networks KW - LASSO Y1 - 2011 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-56760 ER - TY - THES A1 - Gengel, Erik T1 - Direct and inverse problems of network analysis T1 - Direkte und Inverse Probleme der Netzwerk-Analyse N2 - Selfsustained oscillations are some of the most commonly observed phenomena in biological systems. They emanate from non-linear systems in a heterogeneous environment and can be described by the theory of dynamical systems. Part of this theory considers reduced models of the oscillator dynamics by means of amplitudes and a phase variable. Such variables are highly attractive for theoretical and experimental studies. Theoretically these variables correspond to an integrable linearization of the generally non-linear system. Experimentally, there exist well established approaches to extract phases from oscillator signals. Notably, one can define phase models also for networks of oscillators. One highly active field examines effects of non-local coupling among oscillators, which is thought to play a key role in networks with strong coupling. The dissertation introduces and expands the knowledge about high-order phase coupling in networks of oscillators. Mathematical calculations consider the Stuart-Landau oscillator. A novel phase estimation scheme for direct observations of an oscillator dynamics is introduced based on numerics. A numerical study of high-order phase coupling applies a Fourier fit for the Stuart-Landau and for the van-der-Pol oscillator. The numerical approach is finally tested on observation-based phase estimates of the Morris-Lecar neuron. A popular approach for the construction of phases from signals is based on phase demodulation by means of the Hilbert transform. Generally, observations of oscillations contain a small and generic variation of their amplitude. The work presents a way to quantify how much the variations of signal amplitude spoil a phase demodulation procedure. For the ideal case of phase modulated signals, amplitude modulations vanish. However, the Hilbert transform produces artificial variations of the reconstructed amplitude even in this case. The work proposes a novel procedure called Iterative Hilbert Transform Embedding to obtain an optimal demodulation of signals. The text presents numerous examples and tests of application for the method, covering multicomponent signals, observables of highly stable limit cycle oscillations and noisy phase dynamics. The numerical results are supported by a spectral theory of convergence for weak phase modulations. N2 - Selbsterhaltende Ozillationen finden sich häufig in biologischen Systemen. Sie emergieren aus nichtlinearen Prozessen in einem heterogenen Umfeld und können durch die Theorie dynamischer Systeme beschrieben werden. Ein Teil dieser Theorie befasst ich mit reduzierten Beschreibungen von Oszillationen anhand von Amplituden-, und Phasenvariablen. Selbige sind für theoretische und experimentelle Anwendungen von großer Bedeutung. Im theoretischen Bereich korrespondieren Phasen und Amplituden zur integrablen Linearisierung eines nichtlinearen Systems. Im experimentellen Bereich existieren weit verbreitete Ansätze, Phasenvariablen aus oszillierenden Signalen zu gewinnen. Phasenmodelle können auch für Netzwerke von Oszillatoren definiert werden. Ein aktives Forschungsgebiet befasst sich in diesem Zusammenhang mit nicht-lokalen Kopplungen zwischen den Oszillatoren. Die Fachwelt geht davon aus, dass solche nicht-lokalen Kopplungen eine entscheidende Rolle spielen, wenn die Kopplungen zwischen den einzelnen Einheiten nicht schwach ist. Die Dissertation gibt eine Einführung in dieses Themengebiet und liefert einen Beitrag zum weiteren Verständnis derartiger Probleme. Mathematische Berechnungen gehen vom Stuart-Landau-Oszillator aus. Eine neue numerische Berechnungsmethode für die Phasendynamik von Oszillatoren wird vorgestellt; sie basiert auf vollständiger Kenntnis des dynamischen Systems. Eine numerische Studie der Phasenkopplungen höherer Ordnung verwendet einen Fourier-Fit. Als Beispiele dienen hier das Stuart-Landau-Modell und der van-der-Pol Oszillator. Die vollständige numerische Prozedur wird final getestet für die datengetriebene Bestimmung der Phasenkopplung dreier Morris-Lecar Neuronen. Eine der beliebtesten Methoden zur Phasenextraktion aus Messdaten basiert auf dem Prinzip der Phasendemodulation. Hierfür verwendet man die Hilbert-Transformation. Im Allgemeinen beinhalten Observablen nichtlinearer Oszillatoren kleine - als generisch anzusehende - Variationen ihrer Amplitude. Die dargelegte Arbeit präsentiert eine Möglichkeit, wie der Einfluss derartiger Variationen die Phasendemodulation behindert. Für den idealen Fall reiner Phasenmodulation in Signalen, gehen Amplitudenvariationen gegen null. Dennnoch reproduziert die Hilbert-Transformation auch in derartigen Fällen nicht die tatsächliche Phase des Signals. Die Dissertation stellt eine neue Methode vor, die dieses spezielle Problem behebt. Diese Methode trägt den Namen Iterative Hilbert-Transformations-Einbettung und erlaubt die optimale Demodulation zu finden. Im Text werden zahlreiche Beispiele vorgestellt, insbesondere Multikomponentensignale, Observablen starrer Grenzzyklen und verrauschte Phasendynamiken. Die numerischen Resultate werden unterstützt durch eine spektrale Theorie der Konvergenz für schwache Phasenmodulationen. KW - non-linear oscillators KW - Hilbert transform KW - networks KW - phase demodulation KW - phase-amplitude mixing KW - high-order phase coupling KW - Hilbert-Transformation KW - Phasenkopplungen höherer Ordnung KW - Netzwerke KW - nichtlineare Oszillationen KW - Phasendemodulation KW - Phasen-Amplituden Trennung Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-512367 ER - TY - THES A1 - Mühlenhoff, Judith T1 - Culture-driven innovation BT - acknowledging culture as a knowledge source for innovation N2 - This cumulative dissertation deals with the potential of underexplored cultural sources for innovation. Nowadays, firms recognize an increasing demand for innovation to keep pace with an ever-growing dynamic worldwide competition. Knowledge is one of the most crucial sources and resource, while until now innovation has been foremost driven by technology. But since the last years, we have been witnessing a change from technology's role as a driver of innovation to an enabler of innovation. Innovative products and services increasingly differentiate through emotional qualities and user experience. These experiences are hard to grasp and require alignment in innovation management theory and practice. This work cares about culture in a broader matter as a source for innovation. It investigates the requirements and fundamentals for "culture-driven innovation" by studying where and how to unlock cultural sources. The research questions are the following: What are cultural sources for knowledge and innovation? Where can one find cultural sources and how to tap into them? The dissertation starts with an overview of its central terms and introduces cultural theories as an overarching frame to study cultural sources for innovation systematically. Here, knowledge is not understood as something an organization owns like a material resource, but it is seen as something created and taking place in practices. Such a practice theoretical lens inheres the rejection of the traditional economic depiction of the rational Homo Oeconomicus. Nevertheless, it also rejects the idea of the Homo Sociologicus about the strong impact of society and its values on individual actions. Practice theory approaches take account of both concepts by underscoring the dualism of individual (agency, micro-level) and structure (society, macro-level). Following this, organizations are no enclosed entities but embedded within their socio-cultural environment, which shapes them and is also shaped by them. Then, the first article of this dissertation acknowledges a methodological stance of this dualism by discussing how mixed methods support an integrated approach to study the micro- and macro-level. The article focuses on networks (thus communities) as a central research unit within studies of entrepreneurship and innovation. The second article contains a network analysis and depicts communities as central loci for cultural sources and knowledge. With data from the platform Meetup.com about events etc., the study explores which overarching communities and themes have been evolved in Berlin's start up and tech scene. While the latter study was about where to find new cultural sources, the last article addresses how to unlock such knowledge sources. It develops the concept of a cultural absorptive capacity, that is the capability of organizations to open up towards cultural sources. Furthermore, the article points to the role of knowledge intermediaries in the early phases of knowledge acquisition. Two case studies on companies working with artists illustrate the roles of such intermediaries and how they support firms to gain knowledge from cultural sources. Overall, this dissertation contributes to a better understanding of culture as a source for innovation from a theoretical, methodological, and practitioners' point of view. It provides basic research to unlock the potential of such new knowledge sources for companies - sources that so far have been neglected in innovation management. N2 - Diese kumulative Dissertation beschäftigt sich mit dem Potenzial von bisher wenig untersuchten kulturellen Quellen für Innovation. Firmen erleben heutzutage einen ansteigenden Bedarf nach Innovationen um in einer immer dynamisch werdenden Welt im Wettbewerb nicht zurückzufallen. Wissen gehört hierbei zu einer der zentralen Quelle und Ressource, wobei das Wissen um Innovationen bisher meistens stark durch den Einfluss von Technik geprägt wurde. Jedoch können wir in den letzten Jahren vermehrt beobachten, wie Technik als Treiber von Innovationen zurückgeht und eher die Rolle eines Gehilfen übernimmt. Innovative Produkte und Services differenzieren sich zunehmend über emotionale und über Erfahrungsqualitäten. Diese Nutzungserfahrungen sind schwer zu fassen und erfordern Anpassungen im bisherigen Management von Innovationen. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit Kultur im weitest gehenden Sinne als Quelle für Innovationen. Sie behandelt die Voraussetzungen und Grundlagen für "Culture-Driven Innovation" indem darauf eingegangen wird wo und wie kulturelle Quellen erschlossen werden können. Die Forschungsfragen lauten: Was sind kulturelle Quellen für Wissen und Innovation? Wo kann man diese Quellen finden und wie sie sich erschließen? Dafür beginnt die Arbeit mit einem Überblick zu den wesentlichen Begriffen des Promotionsthemas und führt Kulturtheorien als übergreifende Klammer ein, von denen kulturelle Quellen für Innovationen systematisch betrachtet werden können. Wissen wird hierbei nicht als etwas gesehen, das eine Organisation besitzen kann wie eine materielle Ressource, sondern als etwas, das erst in Praktiken erlebbar und geniert wird. Solch einer praxistheoretischen Sichtweise innewohnend ist die Ablehnung klassischer wirtschaftswissenschaftlicher Vorstellungen eines rational agierenden Homo Oeconomicus. Auf der anderen Seite lehnt sie aber auch die Idee eines Homo Sociologicus ab, in dem das Handeln des Einzelnen hauptsächlich von der Gesellschaft und ihren Werten geprägt wird. Praxistheoretische Ansätze positionieren sich dazwischen indem sie den Dualismus von Individuum (Akteur, Mikro-Ebene) und Struktur (Gesellschaft, Makro-Ebene) betont. Organisationen sind demnach keine in sich geschlossene Einheiten, sondern eingebettet in ihre sozio-kulturelle Umwelt, die sie prägt und die sie gleichzeitig wiederum mitprägen. Im Folgenden widmet sich der erste Artikel einer methodischen Betrachtung dieses Dualismus' indem erörtert wird, wie Mixed Methods helfen Mikro-Ebene und Makro-Ebene integriert erforschen zu können. Dabei konzentriert sich der Artikel auf Netzwerke (und somit auch Communities) als zentrale Untersuchungseinheit von Entrepreneurship- und Innovationsforschung. Der zweite Artikel der Dissertation beinhaltet eine Netzwerkanalyse und widmet sich Communities als zentralen Ort für kulturelle Quellen und Wissen. An Hand der Daten der Plattform Meetup.com zu Veranstaltungen etc., untersucht die Studie welche übergreifenden Communities und welche Themen sich in Berlin's Start Up- und Tech-Szene gebildet haben. Nachdem dieser Beitrag sich der Frage widmet wo neue kulturelle Wissensquellen entdeckt werden können, geht der letzte Beitrag der vorliegenden Doktorarbeit der Frage nach, wie solches Wissen erschlossen werden kann. In dem Artikel wird die Idee einer Cultural Absorptive Capacity entwickelt, also der Fähigkeit von Organisationen sich gegenüber kulturellen Quellen zu öffnen, und die Rolle von Wissensvermittlern in der frühen Phase von Wissenserschließung betont. In zwei Fallstudien über Firmen, die mit Künstlern zusammenarbeiten, wird aufgezeigt, welche Rollen solche Vermittler übernehmen können und wie sie Unternehmen dabei helfen, Wissen aus kulturellen Quellen zu nutzen. Insgesamt trägt diese Dissertation zu einem besseren Verständnis von Kultur als Quelle für Innovationen auf theoretischer, methodischer und praktischer Ebene bei. Sie leistet damit Grundlagenarbeit um das Potenzial solcher neuen Wissensquellen für Unternehmen zu erschließen da diese bisher im Innovationsmanagement vernachlässigt wurden. KW - innovation management KW - Innovationsmanagement KW - culture KW - Kultur KW - intermediaries KW - knowledge KW - Wissen KW - networks KW - Netzwerke KW - mixed methods KW - communities KW - entrepreneurship KW - absorptive capacity Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-104626 ER - TY - JOUR A1 - Belaid, Mohamed Karim A1 - Rabus, Maximilian A1 - Krestel, Ralf T1 - CrashNet BT - an encoder-decoder architecture to predict crash test outcomes JF - Data mining and knowledge discovery N2 - Destructive car crash tests are an elaborate, time-consuming, and expensive necessity of the automotive development process. Today, finite element method (FEM) simulations are used to reduce costs by simulating car crashes computationally. We propose CrashNet, an encoder-decoder deep neural network architecture that reduces costs further and models specific outcomes of car crashes very accurately. We achieve this by formulating car crash events as time series prediction enriched with a set of scalar features. Traditional sequence-to-sequence models are usually composed of convolutional neural network (CNN) and CNN transpose layers. We propose to concatenate those with an MLP capable of learning how to inject the given scalars into the output time series. In addition, we replace the CNN transpose with 2D CNN transpose layers in order to force the model to process the hidden state of the set of scalars as one time series. The proposed CrashNet model can be trained efficiently and is able to process scalars and time series as input in order to infer the results of crash tests. CrashNet produces results faster and at a lower cost compared to destructive tests and FEM simulations. Moreover, it represents a novel approach in the car safety management domain. KW - Predictive models KW - Time series analysis KW - Supervised deep neural KW - networks KW - Car safety management Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1007/s10618-021-00761-9 SN - 1384-5810 SN - 1573-756X VL - 35 IS - 4 SP - 1688 EP - 1709 PB - Springer CY - Dordrecht ER - TY - THES A1 - Durek, Pawel T1 - Comparative analysis of molecular interaction networks : the interplay between spatial and functional organizing principles T1 - Vergleichende Analyse molekularer Interaktionsnetzwerke : der Zusammenhang von räumlichen und funktionellen Organisationsprinzipien N2 - The study of biological interaction networks is a central theme in systems biology. Here, we investigate common as well as differentiating principles of molecular interaction networks associated with different levels of molecular organization. They include metabolic pathway maps, protein-protein interaction networks as well as kinase interaction networks. First, we present an integrated analysis of metabolic pathway maps and protein-protein interaction networks (PIN). It has long been established that successive enzymatic steps are often catalyzed by physically interacting proteins forming permanent or transient multi-enzyme complexes. Inspecting high-throughput PIN data, it has been shown recently that, indeed, enzymes involved in successive reactions are generally more likely to interact than other protein pairs. In this study, we expanded this line of research to include comparisons of the respective underlying network topologies as well as to investigate whether the spatial organization of enzyme interactions correlates with metabolic efficiency. Analyzing yeast data, we detected long-range correlations between shortest paths between proteins in both network types suggesting a mutual correspondence of both network architectures. We discovered that the organizing principles of physical interactions between metabolic enzymes differ from the general PIN of all proteins. While physical interactions between proteins are generally dissortative, enzyme interactions were observed to be assortative. Thus, enzymes frequently interact with other enzymes of similar rather than different degree. Enzymes carrying high flux loads are more likely to physically interact than enzymes with lower metabolic throughput. In particular, enzymes associated with catabolic pathways as well as enzymes involved in the biosynthesis of complex molecules were found to exhibit high degrees of physical clustering. Single proteins were identified that connect major components of the cellular metabolism and hence might be essential for the structural integrity of several biosynthetic systems. Besides metabolic aspects of PINs, we investigated the characteristic topological properties of protein interactions involved in signaling and regulatory functions mediated by kinase interactions. Characteristic topological differences between PINs associated with metabolism, and those describing phosphorylation networks were revealed and shown to reflect the different modes of biological operation of both network types. The construction of phosphorylation networks is based on the identification of specific kinase-target relations including the determination of the actual phosphorylation sites (P-sites). The computational prediction of P-sites as well as the identification of involved kinases still suffers from insufficient accuracies and specificities of the underlying prediction algorithms, and the experimental identification in a genome-scale manner is not (yet) doable. Computational prediction methods have focused primarily on extracting predictive features from the local, one-dimensional sequence information surrounding P-sites. However the recognition of such motifs by the respective kinases is a spatial event. Therefore, we characterized the spatial distributions of amino acid residue types around P-sites and extracted signature 3D-profiles. We then tested the added value of spatial information on the prediction performance. When compared to sequence-only based predictors, a consistent performance gain was obtained. The availability of reliable training data of experimentally determined P-sites is critical for the development of computational prediction methods. As part of this thesis, we provide an assessment of false-positive rates of phosphoproteomic data. N2 - Ein zentrales Thema der Systembiologie ist die Untersuchung biologischer Interaktionsnetzwerke. In der vorliegenden Arbeit wurden gemeinsame sowie differenzierende Prinzipien molekularer Interaktionsnetzwerke untersucht, die sich durch unterschiedliche Ebenen der molekulareren Organisation auszeichnen. Zu den untersuchten Interaktionsnetzwerken gehörten Netzwerke, die auf metabolischen Wechselwirkungen, physikalischen Wechselwirkungen zwischen Proteinen und Kinase-Interaktionen aufbauen. Zunächst wird eine integrativen Analyse der metabolischen Pfade und Protein Interaktionsnetzwerke vorgestellt. Es wird seit schon seit langem angenommen, dass aufeinander folgende enzymatische Schritte oft durch permanente oder transiente Multienzymkomplexe, die auf physikalischen Wechselwirkungen der involvierten Proteine basieren, katalysiert werden. Diese Annahme konnte durch die Auswertung von Ergebnissen aus Hochdurchsatz-Experimenten bestätigt werden. Demnach treten aufeinander folgende Enzyme häufiger in physikalische Wechselwirkung als zufällige Enzympaare. Die vorliegende Arbeit geht in ihrer Analyse weiter, in dem die Topologien der zugrundeliegenden Netzwerke, die auf metabolischen und physikalischen Wechselwirkungen basieren verglichen werden und der Zusammenhang zwischen der räumlichen Organisation der Enzyme und der metabolischen Effizienz gesucht wird. Ausgehend von Interaktionsdaten aus Hefe hat die Analyse der auf metabolischen und physikalischen Wechselwirkungen aufbauenden Interaktionswege eine weitgehende Korrelation der Distanzen aufgezeigt und somit eine wechselseitige Übereinstimmung der Architekturen nahegelegt. Allerdings folgen physikalische Wechselwirkungen zwischen metabolischen Enzymen anderen organisatorischen Regeln als Proteininteraktionen im allgemeinem PIN, das alle Proteininteraktionen enthält. Während Proteininteraktionen im allgemeinen PIN sich dissortativ verhalten, sind physikalische Enzyminteraktionen assortativ, d.h. dass die Anzahl der Interaktionen benachbarter Proteine im allgemeinem Netzwerk negativ und im metabolischen Netzwerk positiv korreliert. Ferner scheinen Enzyme von höherem metabolischen Durchsatz häufiger in Wechselwirkungen involviert zu sein. Enzyme der zentralen katabolischen Prozesse sowie der Biosynthese komplexer Membranlipide zeigen dabei einen besonders hohen Verknüpfungsgrad und eine dichte Clusterbildung. Einzelne Proteine wurden identifiziert, die die Hauptkomponenten des zellulären Metabolismus verbinden und so die Integrität verschiedener biosynthetischer Systeme essenziell beeinflussen könnten. Neben dem metabolischen Aspekt der PIN wurde auch der Aspekt der Regulation sowie der Signaltransduktion, der Kinase-Interaktionen, näher analysiert. Dabei wurden charakteristische topologische Unterschiede der mit dem Metabolismus und der Phosphorylierung assoziierten PIN gefunden, die die unterschiedlichen Aufgaben beider Netzwerke widerspiegeln. Die Rekonstruktion von Phosphorylierungs-Netzwerken basiert im Wesentlichen auf der Vorhersage von Kinase-Zielprotein Relationen und kann deshalb immer noch an der nicht genügenden Vorhersagegüte der angewandten Vorhersage-Algorithmen während der Bestimmung von Phosphorylierungsstellen (P-Stellen) und der dazugehörigen Kinasen leiden. Auch die experimentelle, genomweite Bestimmung der P-Stellen ist (noch) nicht durchführbar. Bisherige computergestützte Vorhersagemethoden beruhten für gewöhnlich auf der Auswertung charakteristischer Merkmale der lokalen, die P-Stelle umgebenden Proteinsequenz. Dieser Ansatz wird durch die Verwendung räumlicher 3D-Information in der vorliegenden Arbeit erweitert. Hierbei wird die Verteilung der Aminosäuren um die P-Stelle berechnet und spezifische 3D-Signaturen zur Vorhersage extrahiert. Beim Vergleich mit sequenz-basierten Vorhersagemethoden konnte eine konsistente Verbesserung der Vorhersage durch die Einbeziehung räumlicher Information gezeigt werden. Weiterhin wird in der vorliegenden Arbeit auch der Frage nach der Fehlerrate der experimentellen Phosphoprotein-Daten nachgegangen und ihre Verlässlichkeit bewertet. Die Verfügbarkeit eines verlässlichen Datensatzes ist bei der Entwicklung einer Vorhersagemethode ein entscheidendes Kriterium. KW - Proteinphosphorylation KW - Systembiologie KW - Netzwerke KW - metabolisch KW - phosphorylation KW - systemsbiology KW - networks KW - metabolic Y1 - 2008 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-31439 ER - TY - GEN A1 - Politi, Antonio A1 - Pikovskij, Arkadij A1 - Ullner, Ekkehard T1 - Chaotic macroscopic phases in one-dimensional oscillators T2 - Postprints der Universität Potsdam Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe N2 - The connection between the macroscopic description of collective chaos and the underlying microscopic dynamics is thoroughly analysed in mean-field models of one-dimensional oscillators. We investigate to what extent infinitesimal perturbations of the microscopic configurations can provide information also on the stability of the corresponding macroscopic phase. In ensembles of identical one-dimensional dynamical units, it is possible to represent the microscopic configurations so as to make transparent their connection with the macroscopic world. As a result, we find evidence of an intermediate, mesoscopic, range of distances, over which the instability is neither controlled by the microscopic equations nor by the macroscopic ones. We examine a whole series of indicators, ranging from the usual microscopic Lyapunov exponents, to the collective ones, including finite-amplitude exponents. A system of pulse-coupled oscillators is also briefly reviewed as an example of non-identical phase oscillators where collective chaos spontaneously emerges. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 721 KW - networks Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-429790 SN - 1866-8372 IS - 721 ER - TY - JOUR A1 - Martykanova, Darina T1 - A Gateway to the World BT - Jewish and Armenian Engineers of Ottoman Background at the Ecole centrale des arts et manufactures (1853-1923) JF - Diasporas : circulations, migrations, histoire N2 - In the second half of the 19th century, the French École centrale des arts et manufactures became one of the engineering schools that enjoyed a worldwide reputation. There were many foreigners among its students. This article focuses on the graduates born in the Ottoman Empire, particularly on Jews and Armenians. It analyses their backgrounds, their common features and their professional careers, tracing their links with other centraliens. The patterns in the Ottoman centraliens’ professional trajectories help us picture a world full of opportunities where highly qualified men could cross borders and build careers with ease, but where, at the same time, origins, allegiances, contacts and credentials mattered greatly. N2 - Dans la seconde moitié du xixe siècle, l’École centrale des arts et manufactures française devint une école d’ingénieurs jouissant d’une réputation internationale ; les étudiants étrangers y furent nombreux. Cet article porte sur les diplômés nés dans l’Empire ottoman, en particuliers les étudiants juifs et arméniens ; il s’attache à leur parcours, à leurs caractéristiques et à leurs carrières professionnelles et restitue leurs liens avec les autres centraliens. L’étude de leurs trajectoires professionnelles permet d’appréhender un monde riche en opportunités, où des hommes hautement qualifiés pouvaient aisément traverser les frontières et construire une carrière, mais où, dans le même temps, les origines, les réseaux d’allégeance, les relations et les diplômes jouent un rôle de premier plan. KW - Engineers KW - Jews KW - Armenians KW - Ottomans KW - Ecole centrale des arts et manufactures KW - networks KW - Ottoman Empire KW - France KW - transnational Y1 - 2017 U6 - https://doi.org/10.4000/diasporas.718 SN - 1637-5823 SN - 2431-1472 VL - 29 SP - 33 EP - 51 PB - Presses Universitaires du Midi CY - Toulouse ER -