TY - THES A1 - Yadav, Himanshu T1 - A computational evaluation of feature distortion and cue weighting in sentence comprehension T1 - Eine komputationale Evaluation von Feature-Verfälschung und Cue-Gewichtung in der Satzverarbeitung N2 - Successful sentence comprehension requires the comprehender to correctly figure out who did what to whom. For example, in the sentence John kicked the ball, the comprehender has to figure out who did the action of kicking and what was being kicked. This process of identifying and connecting the syntactically-related words in a sentence is called dependency completion. What are the cognitive constraints that determine dependency completion? A widely-accepted theory is cue-based retrieval. The theory maintains that dependency completion is driven by a content-addressable search for the co-dependents in memory. The cue-based retrieval explains a wide range of empirical data from several constructions including subject-verb agreement, subject-verb non-agreement, plausibility mismatch configurations, and negative polarity items. However, there are two major empirical challenges to the theory: (i) Grammatical sentences’ data from subject-verb number agreement dependencies, where the theory predicts a slowdown at the verb in sentences like the key to the cabinet was rusty compared to the key to the cabinets was rusty, but the data are inconsistent with this prediction; and, (ii) Data from antecedent-reflexive dependencies, where a facilitation in reading times is predicted at the reflexive in the bodybuilder who worked with the trainers injured themselves vs. the bodybuilder who worked with the trainer injured themselves, but the data do not show a facilitatory effect. The work presented in this dissertation is dedicated to building a more general theory of dependency completion that can account for the above two datasets without losing the original empirical coverage of the cue-based retrieval assumption. In two journal articles, I present computational modeling work that addresses the above two empirical challenges. To explain the grammatical sentences’ data from subject-verb number agreement dependencies, I propose a new model that assumes that the cue-based retrieval operates on a probabilistically distorted representation of nouns in memory (Article I). This hybrid distortion-plus-retrieval model was compared against the existing candidate models using data from 17 studies on subject-verb number agreement in 4 languages. I find that the hybrid model outperforms the existing models of number agreement processing suggesting that the cue-based retrieval theory must incorporate a feature distortion assumption. To account for the absence of facilitatory effect in antecedent-reflexive dependen� cies, I propose an individual difference model, which was built within the cue-based retrieval framework (Article II). The model assumes that individuals may differ in how strongly they weigh a syntactic cue over a number cue. The model was fitted to data from two studies on antecedent-reflexive dependencies, and the participant-level cue-weighting was estimated. We find that one-fourth of the participants, in both studies, weigh the syntactic cue higher than the number cue in processing reflexive dependencies and the remaining participants weigh the two cues equally. The result indicates that the absence of predicted facilitatory effect at the level of grouped data is driven by some, not all, participants who weigh syntactic cues higher than the number cue. More generally, the result demonstrates that the assumption of differential cue weighting is important for a theory of dependency completion processes. This differential cue weighting idea was independently supported by a modeling study on subject-verb non-agreement dependencies (Article III). Overall, the cue-based retrieval, which is a general theory of dependency completion, needs to incorporate two new assumptions: (i) the nouns stored in memory can undergo probabilistic feature distortion, and (ii) the linguistic cues used for retrieval can be weighted differentially. This is the cumulative result of the modeling work presented in this dissertation. The dissertation makes an important theoretical contribution: Sentence comprehension in humans is driven by a mechanism that assumes cue-based retrieval, probabilistic feature distortion, and differential cue weighting. This insight is theoretically important because there is some independent support for these three assumptions in sentence processing and the broader memory literature. The modeling work presented here is also methodologically important because for the first time, it demonstrates (i) how the complex models of sentence processing can be evaluated using data from multiple studies simultaneously, without oversimplifying the models, and (ii) how the inferences drawn from the individual-level behavior can be used in theory development. N2 - Bei der Satzverarbeitung muss der Leser richtig herausfinden, wer wem was angetan hat. Zum Beispiel muss der Leser in dem Satz „John hat den Ball getreten“ herausfinden, wer tat die Aktion des Tretens und was getreten wurde. Dieser Prozess des Identifizierens und Verbindens der syntaktisch verwandte Wörter in einem Satz nennt man Dependency-Completion. Was sind die kognitiven Mechanismen, die Dependency-Completion bestimmen? Eine weithin akzeptierte Theorie ist der Cue-based retrieval. Die Theorie besagt, dass die Dependency-Completion durch eine inhaltsadressierbare Suche nach der vorangetrieben wird Co-Abhängige im Gedächtnis. Der Cue-basierte Abruf erklärt ein breites Spektrum an empirischen Daten mehrere Konstruktionen, darunter Subjekt-Verb-Übereinstimmung, Subjekt-Verb-Nichtübereinstimmung, Plausibilität Mismatch-Konfigurationen und Elemente mit negativer Polarität. Es gibt jedoch zwei große empirische Herausforderungen für die Theorie: (i) Grammatische Sätze Daten aus Subjekt-Verb-Nummer-Dependency, bei denen die Theorie eine Verlangsamung vorhersagt das Verb in Sätzen wie „the key to the cabinet was rusty“ im Vergleich zu „the key to the cabinets was rusty“, aber die Daten stimmen nicht mit dieser Vorhersage überein; und (ii) Daten von Antezedenz-Reflexiv Strukturen, wo eine Leseerleichterung beim reflexiven „the bodybuilder who worked with the trainers injured themselves“ vs. „the bodybuilder who worked with the trainers injured themselves", aber die Daten zeigen keine vermittelnde Wirkung. Die in dieser Dissertation vorgestellte Arbeit widmet sich dem Aufbau einer allgemeineren Theorie von Dependency-Completion, die die beiden oben genannten Datensätze berücksichtigen kann, ohne das Original zu verlieren empirische Abdeckung der Cue-based Retrieval-Annahme. In zwei Zeitschriftenartikeln stelle ich Arbeiten zur Computermodellierung vor, die sich mit den beiden oben genannten empirischen Herausforderungen befassen. Um die Daten der grammatikalischen Sätze aus den Abhängigkeiten der Subjekt-Verb-Nummer-Übereinstimmung zu erklären, schlage ich ein neues Modell vor, das davon ausgeht, dass der Cue-basierte Abruf probabilistisch funktioniert verzerrte Darstellung von Substantiven im Gedächtnis (Artikel I). Dieses hybride Distortion-plus-Retrieval-Modell wurde anhand von Daten aus 17 Studien zu Subjekt-Verb mit den bestehenden Kandidatenmodellen verglichen Nummernvereinbarung in 4 Sprachen. Ich finde, dass das Hybridmodell die bestehenden Modelle übertrifft der Nummernvereinbarungsverarbeitung, was darauf hindeutet, dass die Cue-based Retrieval-Theorie Folgendes umfassen muss: a Annahme von Feature-Verfälschung. Um das Fehlen eines unterstützenden Effekts in antezedens-reflexiven Abhängigkeiten zu berücksichtigen, schlage ich ein individuelles Differenzmodell vor, das innerhalb des Cue-based Retrieval-Frameworks erstellt wurde (Artikel II). Das Modell geht davon aus, dass Individuen sich darin unterscheiden können, wie stark sie eine Syntax gewichten Cue über einem Nummern-Cue. Das Modell wurde an Daten aus zwei Studien zum Antezedenz-Reflexiv angepasst Abhängigkeiten, und die Cue-Gewichtung auf Teilnehmerebene wurde geschätzt. Wir finden, dass ein Viertel von Die Teilnehmer in beiden Studien gewichten bei der Verarbeitung den syntaktischen Cue höher als den numerischen Cue reflexive Abhängigkeiten und die verbleibenden Teilnehmer gewichten die beiden Cue gleichermaßen. Das Ergebnis weist darauf hin, dass das Fehlen des prognostizierten Erleichterungseffekts auf der Ebene der gruppierten Daten von einigen, nicht alle Teilnehmer, die syntaktische Cue höher gewichten als Zahlenhinweise. Allgemeiner gesagt, die Das Ergebnis zeigt, dass die Annahme einer differentiellen Hinweisgewichtung wichtig für eine Theorie von ist Dependency-Completion. Diese Idee der differentiellen Cue-Gewichtung wurde unabhängig unterstützt durch eine Modellierungsstudie zu Subjekt-Verb-Nichteinigungsabhängigkeiten (Artikel III). Insgesamt benötigt der Cue-basierte Abruf, der eine allgemeine Theorie der Abhängigkeitsvervollständigung ist um zwei neue Annahmen aufzunehmen: (i) die im Gedächtnis gespeicherten Substantive können einer Wahrscheinlichkeitsanalyse unterzogen werden Feature-Verfälschung, und (ii) die für den Abruf verwendeten sprachlichen Cue können unterschiedlich gewichtet werden. Das ist das kumulative Ergebnis der in dieser Dissertation vorgestellten Modellierungsarbeit.Die Dissertation leistet einen wichtigen theoretischen Beitrag: Satzverständnis in Der Mensch wird von einem Mechanismus getrieben, der einen hinweisbasierten Abruf, eine probabilistische Merkmalsverzerrung und eine differentielle Hinweisgewichtung annimmt. Diese Einsicht ist theoretisch wichtig, weil es einige gibt unabhängige Unterstützung für diese drei Annahmen in der Satzverarbeitung und im weiteren Gedächtnis Literatur. Die hier vorgestellten Modellierungsarbeiten sind auch methodisch wichtig, weil für die Zum ersten Mal wird gezeigt, (i) wie die komplexen Modelle der Satzverarbeitung evaluiert werden können Daten aus mehreren Studien gleichzeitig zu verwenden, ohne die Modelle zu stark zu vereinfachen, und (ii) wie die Schlussfolgerungen aus dem Verhalten auf individueller Ebene können in der Theorieentwicklung verwendet werden. KW - sentence comprehension KW - individual differences KW - cue-based retrieval KW - memory distortion KW - Approximate Bayesian Computation KW - cue reliability KW - ungefähre Bayessche Komputation KW - Cue-Gewichtung KW - Cue-basierter Retrieval KW - individuelle Unterschiede KW - Darstellung Verfälschung KW - Satzverarbeitung Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-585055 ER - TY - THES A1 - Chen, Junchao T1 - A self-adaptive resilient method for implementing and managing the high-reliability processing system T1 - Eine selbstadaptive belastbare Methode zum Implementieren und Verwalten von hochzuverlässigen Verarbeitungssysteme N2 - As a result of CMOS scaling, radiation-induced Single-Event Effects (SEEs) in electronic circuits became a critical reliability issue for modern Integrated Circuits (ICs) operating under harsh radiation conditions. SEEs can be triggered in combinational or sequential logic by the impact of high-energy particles, leading to destructive or non-destructive faults, resulting in data corruption or even system failure. Typically, the SEE mitigation methods are deployed statically in processing architectures based on the worst-case radiation conditions, which is most of the time unnecessary and results in a resource overhead. Moreover, the space radiation conditions are dynamically changing, especially during Solar Particle Events (SPEs). The intensity of space radiation can differ over five orders of magnitude within a few hours or days, resulting in several orders of magnitude fault probability variation in ICs during SPEs. This thesis introduces a comprehensive approach for designing a self-adaptive fault resilient multiprocessing system to overcome the static mitigation overhead issue. This work mainly addresses the following topics: (1) Design of on-chip radiation particle monitor for real-time radiation environment detection, (2) Investigation of space environment predictor, as support for solar particle events forecast, (3) Dynamic mode configuration in the resilient multiprocessing system. Therefore, according to detected and predicted in-flight space radiation conditions, the target system can be configured to use no mitigation or low-overhead mitigation during non-critical periods of time. The redundant resources can be used to improve system performance or save power. On the other hand, during increased radiation activity periods, such as SPEs, the mitigation methods can be dynamically configured appropriately depending on the real-time space radiation environment, resulting in higher system reliability. Thus, a dynamic trade-off in the target system between reliability, performance and power consumption in real-time can be achieved. All results of this work are evaluated in a highly reliable quad-core multiprocessing system that allows the self-adaptive setting of optimal radiation mitigation mechanisms during run-time. Proposed methods can serve as a basis for establishing a comprehensive self-adaptive resilient system design process. Successful implementation of the proposed design in the quad-core multiprocessor shows its application perspective also in the other designs. N2 - Infolge der CMOS-Skalierung wurden strahleninduzierte Einzelereignis-Effekte (SEEs) in elektronischen Schaltungen zu einem kritischen Zuverlässigkeitsproblem für moderne integrierte Schaltungen (ICs), die unter rauen Strahlungsbedingungen arbeiten. SEEs können in der kombinatorischen oder sequentiellen Logik durch den Aufprall hochenergetischer Teilchen ausgelöst werden, was zu destruktiven oder nicht-destruktiven Fehlern und damit zu Datenverfälschungen oder sogar Systemausfällen führt. Normalerweise werden die Methoden zur Abschwächung von SEEs statisch in Verarbeitungsarchitekturen auf der Grundlage der ungünstigsten Strahlungsbedingungen eingesetzt, was in den meisten Fällen unnötig ist und zu einem Ressourcen-Overhead führt. Darüber hinaus ändern sich die Strahlungsbedingungen im Weltraum dynamisch, insbesondere während Solar Particle Events (SPEs). Die Intensität der Weltraumstrahlung kann sich innerhalb weniger Stunden oder Tage um mehr als fünf Größenordnungen ändern, was zu einer Variation der Fehlerwahrscheinlichkeit in ICs während SPEs um mehrere Größenordnungen führt. In dieser Arbeit wird ein umfassender Ansatz für den Entwurf eines selbstanpassenden, fehlerresistenten Multiprozessorsystems vorgestellt, um das Problem des statischen Mitigation-Overheads zu überwinden. Diese Arbeit befasst sich hauptsächlich mit den folgenden Themen: (1) Entwurf eines On-Chip-Strahlungsteilchen Monitors zur Echtzeit-Erkennung von Strahlung Umgebungen, (2) Untersuchung von Weltraumumgebungsprognosen zur Unterstützung der Vorhersage von solaren Teilchen Ereignissen, (3) Konfiguration des dynamischen Modus in einem belastbaren Multiprozessorsystem. Daher kann das Zielsystem je nach den erkannten und vorhergesagten Strahlungsbedingungen während des Fluges so konfiguriert werden, dass es während unkritischer Zeiträume keine oder nur eine geringe Strahlungsminderung vornimmt. Die redundanten Ressourcen können genutzt werden, um die Systemleistung zu verbessern oder Energie zu sparen. In Zeiten erhöhter Strahlungsaktivität, wie z. B. während SPEs, können die Abschwächungsmethoden dynamisch und in Abhängigkeit von der Echtzeit-Strahlungsumgebung im Weltraum konfiguriert werden, was zu einer höheren Systemzuverlässigkeit führt. Auf diese Weise kann im Zielsystem ein dynamischer Kompromiss zwischen Zuverlässigkeit, Leistung und Stromverbrauch in Echtzeit erreicht werden. Alle Ergebnisse dieser Arbeit wurden in einem hochzuverlässigen Quad-Core-Multiprozessorsystem evaluiert, das die selbstanpassende Einstellung optimaler Strahlungsschutzmechanismen während der Laufzeit ermöglicht. Die vorgeschlagenen Methoden können als Grundlage für die Entwicklung eines umfassenden, selbstanpassenden und belastbaren Systementwurfsprozesses dienen. Die erfolgreiche Implementierung des vorgeschlagenen Entwurfs in einem Quad-Core-Multiprozessor zeigt, dass er auch für andere Entwürfe geeignet ist. KW - single event upset KW - solar particle event KW - machine learning KW - self-adaptive multiprocessing system KW - maschinelles Lernen KW - selbstanpassendes Multiprozessorsystem KW - strahleninduzierte Einzelereignis-Effekte KW - Sonnenteilchen-Ereignis Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-583139 ER - TY - THES A1 - Katzmann, Maximilian T1 - About the analysis of algorithms on networks with underlying hyperbolic geometry T1 - Über die Analyse von Algorithmen auf Netzwerken mit zugrundeliegender hyperbolischer Geometrie N2 - Many complex systems that we encounter in the world can be formalized using networks. Consequently, they have been in the focus of computer science for decades, where algorithms are developed to understand and utilize these systems. Surprisingly, our theoretical understanding of these algorithms and their behavior in practice often diverge significantly. In fact, they tend to perform much better on real-world networks than one would expect when considering the theoretical worst-case bounds. One way of capturing this discrepancy is the average-case analysis, where the idea is to acknowledge the differences between practical and worst-case instances by focusing on networks whose properties match those of real graphs. Recent observations indicate that good representations of real-world networks are obtained by assuming that a network has an underlying hyperbolic geometry. In this thesis, we demonstrate that the connection between networks and hyperbolic space can be utilized as a powerful tool for average-case analysis. To this end, we first introduce strongly hyperbolic unit disk graphs and identify the famous hyperbolic random graph model as a special case of them. We then consider four problems where recent empirical results highlight a gap between theory and practice and use hyperbolic graph models to explain these phenomena theoretically. First, we develop a routing scheme, used to forward information in a network, and analyze its efficiency on strongly hyperbolic unit disk graphs. For the special case of hyperbolic random graphs, our algorithm beats existing performance lower bounds. Afterwards, we use the hyperbolic random graph model to theoretically explain empirical observations about the performance of the bidirectional breadth-first search. Finally, we develop algorithms for computing optimal and nearly optimal vertex covers (problems known to be NP-hard) and show that, on hyperbolic random graphs, they run in polynomial and quasi-linear time, respectively. Our theoretical analyses reveal interesting properties of hyperbolic random graphs and our empirical studies present evidence that these properties, as well as our algorithmic improvements translate back into practice. N2 - Viele komplexe Systeme mit denen wir tagtäglich zu tun haben, können mit Hilfe von Netzwerken beschrieben werden, welche daher schon jahrzehntelang im Fokus der Informatik stehen. Dort werden Algorithmen entwickelt, um diese Systeme besser verstehen und nutzen zu können. Überraschenderweise unterscheidet sich unsere theoretische Vorstellung dieser Algorithmen jedoch oft immens von derem praktischen Verhalten. Tatsächlich neigen sie dazu auf echten Netzwerken viel effizienter zu sein, als man im schlimmsten Fall erwarten würde. Eine Möglichkeit diese Diskrepanz zu erfassen ist die Average-Case Analyse bei der man die Unterschiede zwischen echten Instanzen und dem schlimmsten Fall ausnutzt, indem ausschließlich Netzwerke betrachtet werden, deren Eigenschaften die von echten Graphen gut abbilden. Jüngste Beobachtungen zeigen, dass gute Abbildungen entstehen, wenn man annimmt, dass einem Netzwerk eine hyperbolische Geometrie zugrunde liegt. In dieser Arbeit wird demonstriert, dass hyperbolische Netzwerke als mächtiges Werkzeug der Average-Case Analyse dienen können. Dazu werden stark-hyperbolische Unit-Disk-Graphen eingeführt und die bekannten hyperbolischen Zufallsgraphen als ein Sonderfall dieser identifiziert. Anschließend werden auf diesen Modellen vier Probleme analysiert, um Resultate vorangegangener Experimente theoretisch zu erklären, die eine Diskrepanz zwischen Theorie und Praxis aufzeigten. Zuerst wird ein Routing Schema zum Transport von Nachrichten entwickelt und dessen Effizienz auf stark-hyperbolischen Unit-Disk-Graphen untersucht. Allgemeingültige Effizienzschranken können so auf hyperbolischen Zufallsgraphen unterboten werden. Anschließend wird das hyperbolische Zufallsgraphenmodell verwendet, um praktische Beobachtungen der bidirektionalen Breitensuche theoretisch zu erklären und es werden Algorithmen entwickelt, um optimale und nahezu optimale Knotenüberdeckungen zu berechnen (NP-schwer), deren Laufzeit auf diesen Graphen jeweils polynomiell und quasi-linear ist. In den Analysen werden neue Eigenschaften von hyperbolischen Zufallsgraphen aufgedeckt und empirisch gezeigt, dass sich diese sowie die algorithmischen Verbesserungen auch auf echten Netzwerken nachweisen lassen. KW - graph theory KW - hyperbolic geometry KW - average-case analysis KW - Average-Case Analyse KW - Graphentheorie KW - hyperbolische Geometrie Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-582965 ER - TY - THES A1 - Stanke, Sandra T1 - AC electrokinetic immobilization of influenza viruses and antibodies on nanoelectrode arrays for on-chip immunoassays T1 - AC elektrokinetische Immobilisierung von Influenzaviren und Antikörpern auf Nanoelektrodenarrays für on-Chip Immunoassays N2 - In the present thesis, AC electrokinetic forces, like dielectrophoresis and AC electroosmosis, were demonstrated as a simple and fast method to functionalize the surface of nanoelectrodes with submicrometer sized biological objects. These nanoelectrodes have a cylindrical shape with a diameter of 500 nm arranged in an array of 6256 electrodes. Due to its medical relevance influenza virus as well as anti-influenza antibodies were chosen as a model organism. Common methods to bring antibodies or proteins to biosensor surfaces are complex and time-consuming. In the present work, it was demonstrated that by applying AC electric fields influenza viruses and antibodies can be immobilized onto the nanoelectrodes within seconds without any prior chemical modification of neither the surface nor the immobilized biological object. The distribution of these immobilized objects is not uniform over the entire array, it exhibits a decreasing gradient from the outer row to the inner ones. Different causes for this gradient have been discussed, such as the vortex-shaped fluid motion above the nanoelectrodes generated by, among others, electrothermal fluid flow. It was demonstrated that parts of the accumulated material are permanently immobilized to the electrodes. This is a unique characteristic of the presented system since in the literature the AC electrokinetic immobilization is almost entirely presented as a method just for temporary immobilization. The spatial distribution of the immobilized viral material or the anti-influenza antibodies at the electrodes was observed by either the combination of fluorescence microscopy and deconvolution or by super-resolution microscopy (STED). On-chip immunoassays were performed to examine the suitability of the functionalized electrodes as a potential affinity-based biosensor. Two approaches were pursued: A) the influenza virus as the bio-receptor or B) the influenza virus as the analyte. Different sources of error were eliminated by ELISA and passivation experiments. Hence, the activity of the immobilized object was inspected by incubation with the analyte. This resulted in the successful detection of anti-influenza antibodies by the immobilized viral material. On the other hand, a detection of influenza virus particles by the immobilized anti-influenza antibodies was not possible. The latter might be due to lost activity or wrong orientation of the antibodies. Thus, further examinations on the activity of by AC electric fields immobilized antibodies should follow. When combined with microfluidics and an electrical read-out system, the functionalized chips possess the potential to serve as a rapid, portable, and cost-effective point-of-care (POC) device. This device can be utilized as a basis for diverse applications in diagnosing and treating influenza, as well as various other pathogens. N2 - In der vorliegenden Arbeit wurden AC elektrokinetische Kräfte, wie die Dielektrophorese und die AC Elektroosmose, als einfache und schnelle Methode zur Funktionalisierung der Oberfläche von Nanoelektroden mit biologischen Objekten in Submikrometergröße demonstriert. Diese Nanoelektroden haben eine zylindrische Form mit einem Durchmesser von 500 nm und sind in einem Array aus 6256 Elektroden angeordnet. Aufgrund ihrer medizinischen Relevanz wurden Influenzaviren sowie anti-Influenza Antikörper als Modellorganismus ausgewählt. Gängige Methoden, um Antikörper oder Proteine auf Biosensoroberflächen zu bringen, sind komplex und zeitaufwändig. In der vorliegenden Arbeit wurde gezeigt, dass durch die Anwendung elektrischer Wechselfelder Influenzaviren und Antikörper innerhalb von Sekunden auf den Nanoelektroden immobilisiert werden können, ohne dass zuvor eine chemische Modifikation der Oberfläche noch des immobilisierten biologischen Objekts erforderlich ist. Die Verteilung dieser immobilisierten Objekte ist über das gesamte Array ungleichmäßig. Es kommt zur Ausbildung eines Gradienten, welcher von der äußeren zur den inneren Reihen hin abnimmt. Verschiedene Ursachen für diesen Gradienten wurden diskutiert, beispielsweise der Vortex-förmige Flüssigkeitsstrom über den Nanoelektroden, der unter anderem durch elektrothermische Flüssigkeitsbewegung erzeugt wird. Es wurde gezeigt, dass Teile des akkumulierten Materials dauerhaft an den Elektroden immobilisiert sind. Dies ist ein Alleinstellungsmerkmal des vorgestellten Systems, da in der Literatur die AC elektrokinetische Immobilisierung fast ausschließlich als Methode nur zur temporären Immobilisierung dargestellt wird. Die räumliche Verteilung des immobilisierten Virusmaterials bzw. der anti-Influenza Antikörper an den Elektroden wurde entweder durch die Kombination aus Fluoreszenzmikroskopie und Dekonvolution oder durch super-resolution Mikroskopie (STED) betrachtet. Es wurden On-Chip-Immunoassays durchgeführt, um die Eignung der funktionalisierten Elektroden für einen potenziellen affinitätsbasierten Biosensor zu untersuchen. Dabei wurden zwei Ansätze verfolgt: A) Influenzaviren als Biorezeptor oder B) Influenzavirus als Analyt. Verschiedene Fehlerquellen wurden mittels ELISA und Passivierungsexperimente eliminiert. Infolgedessen wurde die Aktivität der immobilisierten Objekte durch Inkubation mit dem Analyten überprüft. Dies führte zum erfolgreichen Nachweis von anti-Influenza Antikörpern mittels immobilisiertem Virusmaterial. Andererseits war ein Nachweis von Influenzaviruspartikeln durch die immobilisierten anti-Influenza Antikörper nicht möglich. Letzteres könnte auf einen Aktivitätsverlust oder eine falsche Ausrichtung der Antikörper zurückzuführen sein. Daher sollten weitere Untersuchungen zur Aktivität von durch elektrische Wechselfelder immobilisierte Antikörper folgen. In Kombination mit Mikrofluidik und einem elektrischen Auslesesystem besitzen die funktionalisierten Chips das Potenzial, als schnelle, tragbare und kostengünstige Point-of-Care-Einheit (POC) zu dienen. Dieses Einheit kann als Grundlage für vielfältige Anwendungen bei der Diagnose und Behandlung von Influenza und verschiedenen anderen Krankheitserregern genutzt werden. KW - AC electrokinetics KW - AC Elektrokinetik KW - AC electroosmosis KW - AC Elektroosmosis KW - dielectrophoresis KW - Dielektrophorese KW - virus KW - Virus KW - influenza KW - Influenza KW - antibody KW - Antikörper KW - nanoelectrodes KW - Nanoelektroden KW - lab-on-chip KW - lab-on-chip KW - LOC KW - LOC KW - point-of-care KW - point-of-care KW - POC KW - POC KW - immunoassay KW - Immunoassay Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-617165 ER - TY - THES A1 - Markov, Adrian T1 - Acute effects of exercise order in concurrent training on immunological stress responses and measures of muscular fitness in youth athletes of both sexes N2 - Background and aims: To succeed in competition, elite team and individual athletes often seek the development of both, high levels of muscle strength and power as well as cardiorespiratory endurance. In this context, concurrent training (CT) is a commonly applied and effective training approach. While being exposed to high training loads, youth athletes (≤ 18 years) are yet underrepresented in the scientific literature. Besides, immunological responses to CT have received little attention. Therefore, the aims of this work were to examine the acute (< 15min) and delayed (≥ 6 hours) effects of dif-ferent exercise order in CT on immunological stress responses, muscular fitness, metabolic response, and rating of perceived exertion (RPE) in highly trained youth male and female judo athletes. Methods: A total of twenty male and thirteen female participants, with an average age of 16 ± 1.8 years and 14.4 ± 2.1 years, respectively, were included in the study. They were randomly assigned to two CT sessions; power-endurance versus endurance-power (i.e., study 1), or strength-endurance versus endurance-strength (i.e., study 2). Markers of immune response (i.e., white-blood-cells, granulocytes, lymphocytes, mon-ocytes, and lymphocytes, granulocyte-lymphocyte-ratio, and systemic-inflammation-index), muscular fitness (i.e., counter-movement jump [CMJ]), metabolic responses (i.e., blood lactate, glucose), and RPE were collected at different time points (i.e., PRE12H, PRE, MID, POST, POST6H, POST22H). Results (study 1): There were significant time*order interactions for white-blood-cells, lymphocytes, granulocytes, monocytes, granulocyte-lymphocyte-ratio, and systemic-inflammation-index. The power-endurance order resulted in significantly larger PRE-to-POST increases in white-blood-cells, monocytes, and lymphocytes while the endur-ance-power order resulted in significantly larger PRE-to-POST increases in the granu-locyte-lymphocyte-ratio and systemic-inflammation-index. Likewise, significantly larger increases from PRE-to-POST6H in white-blood-cells and granulocytes were observed following the power-endurance order compared to endurance-power. All markers of immune response returned toward baseline values at POST22H. Moreover, there was a significant time*order interaction for blood glucose and lactate. Following the endur-ance-power order, blood lactate and glucose increased from PRE-to-MID but not from PRE-to-POST. Meanwhile, in the power-endurance order blood lactate and glucose increased from PRE-to-POST but not from PRE-to-MID. A significant time*order inter-action was observed for CMJ-force with larger PRE-to-POST decreases in the endur-ance-power order compared to power-endurance order. Further, CMJ-power showed larger PRE-to-MID performance decreases following the power-endurance order, com-pared to the endurance-power order. Regarding RPE, significant time*order interactions were noted with larger PRE-to-MID values following the endurance-power order and larger PRE-to-POST values following the power-endurance order. Results (study 2): There were significant time*order interactions for lymphocytes, monocytes, granulocyte-lymphocyte-ratio, and systemic-inflammation-index. The strength-endurance order resulted in significantly larger PRE-to-POST increases in lymphocytes while the endurance-strength order resulted in significantly larger PRE-to-POST increases in the granulocyte-lymphocyte-ratio and systemic-inflammation-index. All markers of the immune system returned toward baseline values at POST22H. Moreover, there was a significant time*order interaction for blood glucose and lactate. From PRE-to-MID, there was a significantly greater increase in blood lactate and glu-cose following the endurance-strength order compared to strength-endurance order. Meanwhile, from PRE-to-POST there was a significantly higher increase in blood glu-cose following the strength-endurance order compared to endurance-strength order. Regarding physical fitness, a significant time*order interaction was observed for CMJ-force and CMJ-power with larger PRE-to-MID increases following the endurance-strength order compared to the strength-endurance order. For RPE, significant time*order interactions were noted with larger PRE-to-MID values following the endur-ance-power order and larger PRE-to-POST values following the power-endurance or-der. Conclusions: The primary findings from both studies revealed order-dependent effects on immune responses. In male youth judo athletes, the results demonstrated greater immunological stress responses, both immediately (≤ 15 min) and delayed (≥ 6 hours), following the power-endurance order compared to the endurance-power order. For female youth judo athletes, the results indicated higher acute, but not delayed, order-dependent changes in immune responses following the strength-endurance order compared to the endurance-strength order. It is worth noting that in both studies, all markers of immune system response returned to baseline levels within 22 hours. This suggests that successful recovery from the exercise-induced immune stress response was achieved within 22 hours. Regarding metabolic responses, physical fitness, and perceived exertion, the findings from both studies indicated acute (≤ 15 minutes) alterations that were dependent on the exercise order. These alterations were primarily influ-enced by the endurance exercise component. Moreover, study 1 provided substantial evidence suggesting that internal load measures, such as immune markers, may differ from external load measures. This indicates a disparity between immunological, perceived, and physical responses following both concurrent training orders. Therefore, it is crucial for practitioners to acknowledge these differences and take them into consideration when designing training programs. N2 - Hintergrund und Ziele: Um im Wettkampf erfolgreich zu sein, streben Elitesportler oft die Entwicklung einer hohen Muskelkraft und -leistung als auch der kardiorespiratorischen Ausdauer an. In diesem Zusammenhang ist das gleichzeitige Training von Kraft- und Ausdauer (CT) ein häufig angewandter und effektiver Trainingsansatz. Während Jugendliche (≤ 18 Jahre) hohen Trainingsbelastungen ausgesetzt sind, sind sie in der wissenschaftlichen Literatur noch unterrepräsentiert. Außerdem haben immunologische Reaktionen auf CT bisher wenig Aufmerksamkeit erhalten. Daher waren die Ziele dieser Arbeit, die akuten (< 15min) und verzögerten (≥ 6 Stunden) Auswirkungen unterschiedlicher Übungsreihenfolgen im CT auf immunologische Stressreaktionen, muskuläre Fitness, Stoffwechselreaktionen und empfundene Anstrengung (RPE) bei hochtrainierten jugendlichen männlichen und weiblichen Judosportlern zu untersuchen. Methoden: In die Studie wurden insgesamt zwanzig männliche und dreizehn weibliche Teilnehmer im Alter von durchschnittlich 16 ± 1,8 Jahren bzw. 14,4 ± 2,1 Jahren aufgenommen. Sie wurden zufällig zwei CT-Einheiten zugewiesen: Muskelpower-Ausdauer im Vergleich zu Ausdauer-Muskelpower (d. h. Studie 1) oder Kraft-Ausdauer im Vergleich zu Ausdauer-Kraft (d. h. Studie 2). Marker der Immunantwort (d. h. weiße Blutkörperchen, Granulozyten, Lymphozyten, Monozyten und Lymphozyten, Granulozyten-Lymphozyten-Verhältnis, und systemischer Entzündungsindex), muskuläre Fitness (d. h. counter-movement jump [CMJ]), Stoffwechselreaktionen (d. h. Blutlaktat, Blutglukose) und RPE wurden zu verschiedenen Zeitpunkten (d. h. PRE12H, PRE, MID, POST, POST6H, POST22H) erhoben. Ergebnisse (Studie 1): Es gab signifikante Zeit*Reihenfolge-Interaktionen für weiße Blutkörperchen, Lymphozyten, Granulozyten, Monozyten, das Granulozyten-Lymphozyten-Verhältnis und den systemischen Entzündungs-index. Die Reihenfolge Muskelpower-Ausdauer führte zu signifikant größeren PRE-bis-POST-Anstiegen bei weißen Blutkörperchen, Monozyten und Lymphozyten, während die Reihenfolge Ausdauer-Muskelpower zu signifikant größeren PRE-bis-POST-Anstiegen im Granulozyten-Lymphozyten-Verhältnis und dem systemischen Entzündungsindex führte. Ebenso wurden nach der Reihenfolge Muskelpower-Ausdauer signifikant größere Anstiege von PRE-bis-POST6H bei weißen Blutkörperchen und Granulozyten im Vergleich zur Reihenfolge Ausdauer-Muskelpower beobachtet. Alle Marker des Immunsystems kehrten bis POST22H wieder auf das Ausgangsniveau zurück. Darüber hinaus wurde eine signifikante Zeit*Reihenfolge-Interaktion für Blutglukose und Blutlaktat beobachtet. Nach der Reihenfolge Ausdauer-Kraft stiegen Blutlaktat und Blutglukose von PRE-bis-MID, aber nicht von PRE-bis-POST. Außerdem wurde eine signifikante Zeit*Reihenfolge-Interaktion für CMJ-Kraft beobachtet. Entsprechend zeigten sich größere PRE-bis-POST Verminderungen in der Ausdauer-Muskelpower Reihenfolge im Vergleich zu Muskelpower-Ausdauer. Außerdem zeigte die CMJ-Leistung einen größeren Leistungsverlust von PRE-bis-MID in der Muskelpower-Ausdauer Reihenfolge, im Vergleich zu Ausdauer-Muskelpower. Mit Blick auf RPE gab es ebenfalls signifikante Zeit*Reihenfolge-Interaktionen. Entsprechend waren die RPE-Werte höher von PRE-bis-MID nach der Ausdauer-Muskelpower Reihenfolge und von PRE-bis-POST nach der Muskelpower-Ausdauer Reihenfolge. Ergebnisse Studie 2: Beobachtet wurde eine signifikante Zeit*Reihenfolge-Interaktion für Lymphozyten, Monozyten, das Granulozyten-Lymphozyten-Verhältnis und den systemischen Entzündungsindex. Die Reihenfolge Kraft-Ausdauer hat zu signifikanten Steigerungen der Lymphozyten von PRE-bis-POST geführt, während die Ausdauer-Kraft Reihenfolge signifikante Anstiege des Granulozyten-Lymphozyten-Verhältnis und des systemischen Entzündungsindex zur Folge hatte. Alle Marker des Immunsystems kehrten bis POST22H wieder auf das Ausgangsniveau zurück. Darüber hinaus wurde eine signifikante Zeit*Reihenfolge-Interaktion für Blutglukose und Blutlaktat beobachtet. Von PRE-bis-MID gab es nach der Reihenfolge Ausdauer-Kraft im Vergleich zur Reihenfolge Kraft-Ausdauer einen signifikant größeren Anstieg von Blutlaktat und Blutglukose. Darüber hinaus gab es von PRE-bis-POST einen signifikant höheren Anstieg der Blutglukose nach der Reihenfolge Kraft-Ausdauer im Vergleich zur Reihenfolge Ausdauer-Kraft. In Bezug auf die körperliche Fitness wurde eine signifikante Zeit*Reihenfolge-Interaktion für CMJ-Kraft und CMJ-Leistung beobachtet, wobei größere PRE-bis-MID-Anstiege nach der Reihenfolge Ausdauer-Kraft im Vergleich zur Reihenfolge Kraft-Ausdauer zu verzeichnen waren. In Bezug auf die empfundene Anstrengung wurden signifikante Zeit*Reihenfolge-Interaktionen festgestellt. Hier kam es zu größeren PRE-bis-MID-Werten in Folge von Ausdauer-Kraft und größere PRE-bis-POST-Werte nach Kraft-Ausdauer. Schlussfolgerungen: Die Hauptergebnisse beider Studien zeigten reihenfolgeabhängige Auswirkungen auf Immunreaktionen. Bei männlichen jugendlichen Judosportlern zeigten die Ergebnisse größere immunologische Stressreaktionen, sowohl unmittelbar (≤ 15 min) als auch verzögert (≥ 6 Stunden), nach der Reihenfolge Muskelpower-Ausdauer im Vergleich zur Reihenfolge Ausdauer-Muskelpower. Bei weiblichen jugendlichen Judosportlern deuteten die Ergebnisse auf höhere akute, aber nicht verzögerte, reihenfolgeabhängige Immunreaktionen nach der Reihenfolge Kraft-Ausdauer im Vergleich zur Reihenfolge Ausdauer-Kraft hin. Es ist erwähnenswert, dass in beiden Studien alle Marker der Immunreaktion innerhalb von 22 Stunden auf das Ausgangsniveau zurückkehrten. Dies deutet darauf hin, dass eine erfolgreiche Erholung von der durch Bewegung verursachten Immunstressreaktion innerhalb von 22 Stunden erreicht wurde. In Bezug auf Stoffwechselreaktionen, körperliche Fitness und empfundene Anstrengung zeigten die Ergebnisse beider Studien akute (≤ 15 Minuten) Veränderungen, die von der Übungsreihenfolge abhängig waren. Diese Veränderungen wurden hauptsächlich durch die Ausdauerübungskomponente beeinflusst. Darüber hinaus lieferte Studie 1 Hinweise darauf, dass interne Belastungsmessungen, wie Immunmarker, von externen Belastungsmessungen wie beispielsweise RPE abweichen können. Dies deutet auf eine Diskrepanz zwischen immunologischen Reaktionen, körperlichen Leistungsfähigkeiten und empfundener Ermüdung nach beiden Trainingsreihenfolgen hin. Daher ist es für Praktiker wichtig, sich dieser Unterschiede bewusst zu sein und bei der Gestaltung von Trainingsprogrammen zu berücksichtigen. KW - concurrent training KW - combined strength and endurance KW - risk of infection KW - white blood cells KW - leukocytosis KW - adolescents KW - combat sports KW - Kombination aus Kraft und Ausdauer KW - Infektionsrisiko KW - weiße Blutkörperchen KW - Leukozytose KW - Jugendliche KW - Kampfsport KW - Profisportler KW - Concurrent Training Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-618517 ER - TY - THES A1 - Arboleda Zapata, Mauricio T1 - Adapted inversion strategies for electrical resistivity data to explore layered near-surface environments N2 - The electrical resistivity tomography (ERT) method is widely used to investigate geological, geotechnical, and hydrogeological problems in inland and aquatic environments (i.e., lakes, rivers, and seas). The objective of the ERT method is to obtain reliable resistivity models of the subsurface that can be interpreted in terms of the subsurface structure and petrophysical properties. The reliability of the resulting resistivity models depends not only on the quality of the acquired data, but also on the employed inversion strategy. Inversion of ERT data results in multiple solutions that explain the measured data equally well. Typical inversion approaches rely on different deterministic (local) strategies that consider different smoothing and damping strategies to stabilize the inversion. However, such strategies suffer from the trade-off of smearing possible sharp subsurface interfaces separating layers with resistivity contrasts of up to several orders of magnitude. When prior information (e.g., from outcrops, boreholes, or other geophysical surveys) suggests sharp resistivity variations, it might be advantageous to adapt the parameterization and inversion strategies to obtain more stable and geologically reliable model solutions. Adaptations to traditional local inversions, for example, by using different structural and/or geostatistical constraints, may help to retrieve sharper model solutions. In addition, layer-based model parameterization in combination with local or global inversion approaches can be used to obtain models with sharp boundaries. In this thesis, I study three typical layered near-surface environments in which prior information is used to adapt 2D inversion strategies to favor layered model solutions. In cooperation with the coauthors of Chapters 2-4, I consider two general strategies. Our first approach uses a layer-based model parameterization and a well-established global inversion strategy to generate ensembles of model solutions and assess uncertainties related to the non-uniqueness of the inverse problem. We apply this method to invert ERT data sets collected in an inland coastal area of northern France (Chapter~2) and offshore of two Arctic regions (Chapter~3). Our second approach consists of using geostatistical regularizations with different correlation lengths. We apply this strategy to a more complex subsurface scenario on a local intermountain alluvial fan in southwestern Germany (Chapter~4). Overall, our inversion approaches allow us to obtain resistivity models that agree with the general geological understanding of the studied field sites. These strategies are rather general and can be applied to various geological environments where a layered subsurface structure is expected. The flexibility of our strategies allows adaptations to invert other kinds of geophysical data sets such as seismic refraction or electromagnetic induction methods, and could be considered for joint inversion approaches. N2 - Die ERT-Methode (Electrical Resistivity Tomography) wird häufig zur Untersuchung geologischer, geotechnischer und hydrogeologischer Probleme im Binnenland und in Gewässern wie beispielsweise Seen, Flüssen oder dem Meer eingesetzt. Das Ziel der ERT-Methode ist es, zuverlässige Widerstandsmodelle des Untergrunds zu erhalten, die in Bezug auf die Struktur des Untergrundes und dessen petrophysikalischer Eigenschaften interpretiert werden können. Die Zuverlässigkeit der resultierenden Widerstandsmodelle hängt nicht nur von der Qualität der erfassten Daten ab, sondern auch von der angewendeten Inversionsstrategie. Die Inversion von ERT-Daten führt zu mehreren Lösungen, die die gemessenen Daten gleich gut erklären. Typische Inversionsansätze basieren auf verschiedenen deterministischen (lokalen) Strategien, die verschiedene Glättungs- und Dämpfungsstrategien berücksichtigen, um die Inversion zu stabilisieren. Diese Strategien haben jedoch den Nachteil, möglicherweise auftretende scharfe Grenzflächen zu verwischen. Es gibt jedoch Szenarien, in denen der Untergrund durch Schichten mit scharfen Grenzflächen gekennzeichnet ist, die Schichten mit hohem Widerstandskontrast (z. B. bis zu mehreren Größenordnungen) voneinander trennen. Wenn Vorwissen (z. B. aus Aufschlüssen, Bohrungen oder anderen geophysikalischen Untersuchungen) auf scharfe Widerstandsvariationen hindeutet, kann es von Vorteil sein, die Parametrisierungs- und Inversionsstrategien anzupassen, um stabilere und geologisch zuverlässige Modelllösungen zu erhalten. Anpassungen traditioneller lokaler Inversionen, beispielweise durch die Verwendung verschiedener struktureller und/oder geostatistischer Bedingungen, können helfen, schärfere Modelllösungen zu erhalten. Zusätzlich kann eine schichtbasierte Modellparametrisierung in Kombination mit lokalen oder globalen Inversionsansätzen verwendet werden, um Modelle mit scharfen Grenzen zu erhalten. In dieser Arbeit habe ich drei typische geschichtete oberflächennahe Umgebungen untersucht, in denen Vorabinformationen verwendet werden, um 2D-Inversionsstrategien so anzupassen, dass geschichtete Untergrundlösungen bevorzugt werden. In Zusammenarbeit mit den Co-Autoren der Kapitel 2-4 habe ich zwei allgemeine Strategien in Betracht gezogen. Unser erster Ansatz verwendet eine schichtbasierte Modellparametrisierung und eine gut etablierte globale Inversionsstrategie. Diese Strategie erzeugt Ensembles von Modelllösungen mithilfe derer die Unsicherheiten im Zusammenhang der Nicht-Eindeutigkeit des inversen Problems bewertet werden können. Wir wenden diese Methode an, um ERT-Datensätze zu invertieren, die in einem Binnenküstengebiet in Nordfrankreich (Kapitel 2) und vor der Küste zweier arktischer Regionen (Kapitel 3) gesammelt wurden. Unser zweiter Ansatz besteht darin, geostatistische Regularisierungen mit unterschiedlichen Korrelationslängen zu verwenden. Wir wenden diese Strategie auf ein komplexeres Untergrundszenario an, das sich auf einen lokalen Schwemmfächer in einem Mittelgebirge im Südwesten Deutshclands umfasst (Kapitel 4). Insgesamt ermöglichen uns unsere Inversionsansätze, Widerstandsmodelle zu erhalten, die mit dem allgemeinen geologischen Verständnis der untersuchten Feldstandorte übereinstimmen. Diese Strategien sind allgemeingültig und können in verschiedenen geologischen Umgebungen angewandt werden, in denen eine geschichtete Struktur des Untergrunds zu erwarten ist. Zudem erlaubt es die Flexibilität unserer Strategien, dass diese an die Inversion anderer geophysikalischer Datensätze wie seismischer Refraktionsmessungen oder elektromagentischer Induktionsverfahren angepasst werden können. Außerdem könnten solche Strategien für gemeinsame Inversionsansätze in Betracht gezogen werden. KW - Near-surface geophysics KW - Electrical resistivity tomography KW - Non-uniqueness KW - Global inversion KW - Particle swarm optimization KW - Ensemble analysis KW - Oberflächennahe Geophysik KW - Tomographie des elektrischen Widerstands KW - Nicht-Einmaligkeit KW - Globale Inversion KW - Partikelschwarm-Optimierung KW - Ensemble-Analyse Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-581357 ER - TY - THES A1 - Reich, Marvin T1 - Advances in hydrogravimetry T1 - Weiterentwicklung der Hydrogravimetrie BT - terrestrial gravimeters as field tools for hydrological applications BT - terrestrische Gravimeter als Messgeräte für hydrologische Anwendungen N2 - The interest of the hydrological community in the gravimetric method has steadily increased within the last decade. This is reflected by numerous studies from many different groups with a broad range of approaches and foci. Many of those are traditionally rather hydrology-oriented groups who recognized gravimetry as a potential added value for their hydrological investigations. While this resulted in a variety of interesting and useful findings, contributing to extend the respective knowledge and confirming the methodological potential, on the other hand, many interesting and unresolved questions emerged. This thesis manifests efforts, analyses and solutions carried out in this regard. Addressing and evaluating many of those unresolved questions, the research contributes to advancing hydrogravimetry, the combination of gravimetric and hydrological methods, in showing how gravimeters are a highly useful tool for applied hydrological field research. In the first part of the thesis, traditional setups of stationary terrestrial superconducting gravimeters are addressed. They are commonly installed within a dedicated building, the impermeable structure of which shields the underlying soil from natural exchange of water masses (infiltration, evapotranspiration, groundwater recharge). As gravimeters are most sensitive to mass changes directly beneath the meter, this could impede their suitability for local hydrological process investigations, especially for near-surface water storage changes (WSC). By studying temporal local hydrological dynamics at a dedicated site equipped with traditional hydrological measurement devices, both below and next to the building, the impact of these absent natural dynamics on the gravity observations were quantified. A comprehensive analysis with both a data-based and model-based approach led to the development of an alternative method for dealing with this limitation. Based on determinable parameters, this approach can be transferred to a broad range of measurement sites where gravimeters are deployed in similar structures. Furthermore, the extensive considerations on this topic enabled a more profound understanding of this so called umbrella effect. The second part of the thesis is a pilot study about the field deployment of a superconducting gravimeter. A newly developed field enclosure for this gravimeter was tested in an outdoor installation adjacent to the building used to investigate the umbrella effect. Analyzing and comparing the gravity observations from both indoor and outdoor gravimeters showed performance with respect to noise and stable environmental conditions was equivalent while the sensitivity to near-surface WSC was highly increased for the field deployed instrument. Furthermore it was demonstrated that the latter setup showed gravity changes independent of the depth where mass changes occurred, given their sufficiently wide horizontal extent. As a consequence, the field setup suits monitoring of WSC for both short and longer time periods much better. Based on a coupled data-modeling approach, its gravity time series was successfully used to infer and quantify local water budget components (evapotranspiration, lateral subsurface discharge) on the daily to annual time scale. The third part of the thesis applies data from a gravimeter field deployment for applied hydrological process investigations. To this end, again at the same site, a sprinkling experiment was conducted in a 15 x 15 m area around the gravimeter. A simple hydro-gravimetric model was developed for calculating the gravity response resulting from water redistribution in the subsurface. It was found that, from a theoretical point of view, different subsurface water distribution processes (macro pore flow, preferential flow, wetting front advancement, bypass flow and perched water table rise) lead to a characteristic shape of their resulting gravity response curve. Although by using this approach it was possible to identify a dominating subsurface water distribution process for this site, some clear limitations stood out. Despite the advantage for field installations that gravimetry is a non-invasive and integral method, the problem of non-uniqueness could only be overcome by additional measurements (soil moisture, electric resistivity tomography) within a joint evaluation. Furthermore, the simple hydrological model was efficient for theoretical considerations but lacked the capability to resolve some heterogeneous spatial structures of water distribution up to a needed scale. Nevertheless, this unique setup for plot to small scale hydrological process research underlines the high potential of gravimetery and the benefit of a field deployment. The fourth and last part is dedicated to the evaluation of potential uncertainties arising from the processing of gravity observations. The gravimeter senses all mass variations in an integral way, with the gravitational attraction being directly proportional to the magnitude of the change and inversely proportional to the square of the distance of the change. Consequently, all gravity effects (for example, tides, atmosphere, non-tidal ocean loading, polar motion, global hydrology and local hydrology) are included in an aggregated manner. To isolate the signal components of interest for a particular investigation, all non-desired effects have to be removed from the observations. This process is called reduction. The large-scale effects (tides, atmosphere, non-tidal ocean loading and global hydrology) cannot be measured directly and global model data is used to describe and quantify each effect. Within the reduction process, model errors and uncertainties propagate into the residual, the result of the reduction. The focus of this part of the thesis is quantifying the resulting, propagated uncertainty for each individual correction. Different superconducting gravimeter installations were evaluated with respect to their topography, distance to the ocean and the climate regime. Furthermore, different time periods of aggregated gravity observation data were assessed, ranging from 1 hour up to 12 months. It was found that uncertainties were highest for a frequency of 6 months and smallest for hourly frequencies. Distance to the ocean influences the uncertainty of the non-tidal ocean loading component, while geographical latitude affects uncertainties of the global hydrological component. It is important to highlight that the resulting correction-induced uncertainties in the residual have the potential to mask the signal of interest, depending on the signal magnitude and its frequency. These findings can be used to assess the value of gravity data across a range of applications and geographic settings. In an overarching synthesis all results and findings are discussed with a general focus on their added value for bringing hydrogravimetric field research to a new level. The conceptual and applied methodological benefits for hydrological studies are highlighted. Within an outlook for future setups and study designs, it was once again shown what enormous potential is offered by gravimeters as hydrological field tools. N2 - Gravimetrie ist eine geophysikalische Methode, bei der Massen und deren Veränderungen beobachtet und gemessen werden. Die Messgeräte der Gravimetrie heißen Gravimeter. Wenn man diese Methode in der Erforschung von Wasser-relevanten Fragestellungen, Prozessen und Zuständen einsetzt (Hydrologie), spricht man auch von Hydrogravimetrie. Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich damit wie diese hydrogravimetrische Methode für angewandte Forschung im Feld benutzt wird und weiterentwickelt werden kann. Zuerst wird thematisiert, wie konventionelle Aufbauten mit Gravimetern aussehen und was daran aus der hydrologischen Perspektive problematisch ist. Das Gebäude in dem sich das Gravimeter befindet, stellt eine große versiegelte Fläche dar, die es verhindert, dass in der direktem Umgebung natürliche Prozesse ablaufen. Das ist so problematisch, weil das Gravimeter besonders empfindlich auf Massänderungen in nächster räumlicher Nähe reagiert. Als Lösung wird mit Hilfe einer neuen Methode aufgezeigt, wie man unter Benutzung von traditionellen hydrologischen Messinstrumenten um das Gebäude herum diese verhinderten natürlichen Prozesse beschreiben kann. Darauf folgend wird anhand eines erfolgreich getesteten Aufbaus eines Gravimeters außerhalb von einem Gebäude, also direkt im Gelände, demonstriert, was solch eine Außeninstallation für einen großen Vorteil für die hydrologische Feldforschung mit sich bringt. Darüberhinaus wird gezeigt, dass dieser alternative Aufbau keinerlei Nachteile hinsichtlich Genauigkeit, Qualität, Rauschen oder Beherrschbarkeit von Umwelteinflüssen mit sich bringt, sondern vor allem die Empfindlichkeit für Messungen von Wassermassenänderungen in Oberflächennähe stark verbessert. Anhand eines Beregnungsexperiments auf der Fläche um dieses im Gelände installierten Gravimeters werden die Vorzüge der gravimetrischen Methode für die hydrologische Prozessforschung aufgezeigt. Verschiedene mögliche Ausbreitungen des verregneten Wassers im Untergrund können mittels dieser Methode charakterisiert und identifiziert werden. Im letzten Teil wird das Problem von Unsicherheiten besprochen, die aus der notwendigen Datenbearbeitung resultieren. Um die gravimetrischen Beobachtungen auf die Anteile zu reduzieren, die innerhalb einer Studie betrachtet werden sollen, müssen alle Komponenten die das Gravimeter misst, die aber die hydrologische Interpretation stören, beseitigt werden. Dabei handelt es sich vor allem um globale Komponenten wie Gezeiten, Luftdruckschwankungen, Gezeiten-unabhängige Meeresströmungen und globale Hydrologie. Es wird untersucht, welche Unsicherheiten bei deren Korrektur auftreten, wenn verschiedene Zeitintervalle von zu beobachtenden hydrologischen Signalen vorherrschen. Alle gewonnenen Resultate und Erfahrungen werden in einer gesamtheitlichen Betrachtung dahingehend diskutiert, wie die hydrogravimetrische Methode aufgrund dieser neuen Erkenntnisse verbessert und vorangebracht werden konnte. KW - hydrology KW - gravimetry KW - hydrogravimetry KW - fieldwork KW - hydrological modelling KW - geophysical methods KW - Feldarbeit KW - geophysikalische Methoden KW - Gravimetrie KW - Hydrogravimetrie KW - hydrologische Modellierung KW - Hydrologie Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-604794 ER - TY - THES A1 - Timme, Sinika T1 - Affective responses during exercise and situated exercise-related decision-making T1 - Affektives Erleben beim Sport und bewegungsbezogenes situiertes Entscheidungsverhalten BT - theoretical and methodological advancements towards a better understanding of exercise behavior N2 - The field of exercise psychology has established robust evidence on the health benefits of physical activity. However, interventions to promote sustained exercise behavior have often proven ineffective. This dissertation addresses challenges in the field, particularly the neglect of situated and affective processes in understanding and changing exercise behavior. Dual process models, considering both rational and affective processes, have gained recognition. The Affective Reflective Theory of Physical Inactivity and Exercise (ART) is a notable model in this context, positing that situated processes in-the-moment of choice influence exercise decisions and subsequent exercise behavior. The dissertation identifies current challenges within exercise psychology and proposes methodological and theoretical advancements. It emphasizes the importance of momentary affective states and situated processes, offering alternatives to self-reported measures and advocating for a more comprehensive modeling of individual variability. The focus is on the affective processes during exercise, theorized to reappear in momentary decision-making, shaping overall exercise behavior. The first publication introduces a new method by using automated facial action analysis to measure variable affective responses during exercise. It explores how these behavioral indicators covary with self-reported measures of affective valence and perceived exertion. The second publication delves into situated processes at the moment of choice between exercise and non-exercise options, revealing that intraindividual factors play a crucial role in explaining exercise-related choices. The third publication presents an open-source research tool, the Decisional Preferences in Exercising Test (DPEX), designed to capture repeated situated decisions and predict exercise behavior based on past experiences. The findings challenge previous assumptions and provide insights into the complex interplay of affective responses, situated processes, and exercise choices. The dissertation underscores the need for individualized interventions that manipulate affective responses during exercise and calls for systematic testing to establish causal links to automatic affective processes and subsequent exercise behavior. This dissertation highlights the necessity for methodological and conceptual refinements in understanding and promoting exercise behavior, ultimately contributing to the broader goal of combating increasing inactivity trends. N2 - Das Gebiet der „exercise psychology“ hat in vergangenen Jahren robuste Evidenz für die gesundheitlichen Vorteile körperlicher Aktivität hervorgebracht. Interventionen zur Erhöhung nachhaltigen Bewegungsverhaltens haben sich jedoch oft als unwirksam erwiesen. Diese Dissertation adressiert Herausforderungen auf diesem Gebiet, insbesondere die Vernachlässigung von situierten und affektiven Prozessen beim Verständnis und der Veränderung von Bewegungsverhalten. In den letzten Jahren haben Zwei-Prozess Modelle, die sowohl überlegt-rationale als auch automatisch-affektive Prozesse berücksichtigen, an Bedeutung gewonnen. Die Affective Reflective Theory of Physical Inactivity and Exercise (ART) ist eine dieser Theorien und postuliert, dass situierte Prozesse im Moment der Entscheidung das Bewegungsverhalten beeinflussen. Die Dissertation identifiziert aktuelle Herausforderungen im Bereich der „Exercise Psychology“ und bringt methodische und theoretische Neuerungen hervor. Dabei wird die Bedeutung von momentanen affektiven Zuständen und situativen Prozessen betont, Alternativen zu selbstberichteten Maßnahmen untersucht und für eine umfassendere Modellierung individueller Variabilität plädiert. Der Fokus liegt auf den affektiven Prozessen während des Sporttreibens, die theoretisch konzeptualisiert sind, im Moment der Entscheidung reaktiviert und das zukünftige Bewegungsverhalten zu beeinflussen. Die erste Veröffentlichung führt eine neue Methode ein, indem automatisierte Gesichtsausrucksanalyse verwendet wird, um variable affektive Reaktionen während Sporttreiben zu messen. Sie untersucht, wie diese Verhaltensindikatoren mit selbstberichteten Maßen der affektiven Wertigkeit und wahrgenommenen Anstrengung kovariieren. Die zweite Veröffentlichung geht auf situative Prozesse im Moment der Entscheidung zwischen Bewegungs- und Nicht-Bewegungsoptionen ein und zeigt, dass intraindividuelle Faktoren eine entscheidende Rolle bei der Erklärung von bewegungsbezogenen Entscheidungen spielen. Die dritte Veröffentlichung stellt ein Open-Source-Forschungstool vor, den Decisional Preferences in Exercising Test (DPEX), der darauf abzielt, wiederholte situierte Entscheidungen zu erfassen und Bewegungsverhalten basierend auf vergangenen Erfahrungen vorherzusagen. Die Ergebnisse erweitern bisherige Erkenntnisse und geben Einblicke in das komplexe Zusammenspiel von affektiven Reaktionen, situierten Prozessen und Bewegungsentscheidungen. Die Dissertation betont die Notwendigkeit individualisierter Interventionen, die affektive Reaktionen während des Sporttreibens manipulieren, und fordert systematische Untersuchungen, um kausale Verbindungen zu automatischen affektiven Prozessen und anschließendem Bewegungsverhalten herzustellen. Diese Dissertation hebt die Notwendigkeit methodischer und konzeptueller Erweiterungen beim Verständnis und der Förderung von Bewegungsverhalten hervor und trägt letztendlich zum übergeordneten Ziel bei, dem steigenden Trend der Inaktivität entgegenzuwirken. KW - exercise KW - Bewegungsverhalten KW - motivation KW - psychology KW - situated processes KW - dual process models KW - Zwei-Prozess Modelle KW - Sport und Bewegung KW - Motivation KW - Psychologie KW - situierte Prozesse Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-614323 ER - TY - THES A1 - Heinze, Peter Eric T1 - An exploration of activity and therapist preferences and their predictors in German-speaking samples T1 - Exploration von Aktivitäts- und Therapeut:innenpräferenzen und deren Prädiktoren in deutschsprachigen Stichproben N2 - According to current definitions of evidence-based practice, patients’ preferences play an important role for the psychotherapeutic process and outcomes. However, whereas a significant body of research investigated preferences regarding specific treatments, research on preferred activities or therapist characteristics is rare, investigated heterogeneous aspects with inconclusive results, lacked validated assessment tools, and neglected relevant preferences, their predictors as well as the perspective of mental health professionals. Therefore, the three studies of this dissertation aimed to address the most fundamental drawbacks in current preference research by providing a validated questionnaire, focus efforts on activity and therapist preferences and add preferences of psychotherapy trainees. To this end, Paper I reports the translation and validation of the 18-item Cooper-Norcross Inventory of Preference (C-NIP) in a broad, heterogeneous sample of N = 969 laypeople, resulting in good to acceptable reliabilities and first evidence of validity. However, the original factor structure was not replicated. Paper II assesses activity preferences of psychotherapists in training using the C-NIP and compares them with the initial laypeople sample. There were significant differences between both samples, with trainees preferring a more patient-directed, emotionally intense and confrontational approach than laypeople. CBT trainees preferred a more therapist-directed, present-focused, challenging and less emotional intense approach than psychodynamic or -analytic trainees. Paper III explores therapist preferences and tests predictors for specific preference choices. For most characteristics, more than half of the participants did not have specific preferences. Results pointed towards congruency effects (i.e., preference for similar characteristics), especially for members of marginalized groups. The dissertation provides both researchers and practitioners with a validated questionnaire, shows potentially obstructive differences between patients and therapists and underlines the importance of therapist characteristics for marginalized groups, thereby laying the foundation for future applications and implementations in research and practice. N2 - Aktuelle Definitionen von evidenzbasierter Psychotherapie betonen neben Faktoren wie Therapiearten, Interventionen, Therapeut:inneneffekte, Beziehungseffekte und Patient:innenfaktoren die Relevanz von Präferenzen für den Therapieprozess und -erfolg. Während Behandlungspräferenzen bereits in vielen Studien untersucht wurden, gibt es nur wenige heterogene Ergebnisse zu Präferenzen bezüglich des psychotherapeutischen Vorgehens sowie gewünschter Eigenschaften von Psychotherapeut:innen. Zudem fehlen ein validierter Fragebogen, wichtige Präferenzen und deren Prädiktoren sowie die Perspektive der Behandler:innen. Die Dissertation greift daher die größten Lücken der Präferenzforschung im Rahmen von drei Studien zu Aktivitäts- und Therapeut:innenpräferenzen auf. Paper I stellt die Übersetzung und Validierung des Cooper-Norcross Inventory of Preferences in einer breiten Bevölkerungsstichprobe (N = 969) dar. Obwohl die Originalfaktorstruktur nicht repliziert werden konnte, erfasst die Skala vier Faktoren der Aktivitätspräferenz reliabel und valide. Paper II ergänzt eine Stichprobe von N = 466 Psychotherapeut:innen in Ausbildung (PiA) und vergleicht diese mit der ursprünglichen Bevölkerungsstichprobe. PiAs präferierten dabei einen signifikant stärkeren patientengeleiteten, emotional fordernden und konfrontativen Ansatz. PiAs der KVT präferierten im Vergleich zu PiAs der Psychoanalyse oder -dynamik einen therapeutengeleiteten, gegenwärtigen, konfrontativen und weniger emotional fordernden Ansatz. Paper III untersuchte Präferenzen hinsichtlich mehrerer Therapeut:inneneigenschaften und deren Prädiktoren. Für die meisten Eigenschaften gaben mehr als die Hälfte der Proband:innen an, keine spezifischen Präferenzen zu haben. Es zeigten sich jedoch Kongruenzeffekte, insbesondere für Personen aus marginalisierten Gruppen. Die Dissertation legt den Grundstein für künftige Anwendungen von Präferenzen für Forschende und Behandelnde, indem ein validierter Fragebogen vorgestellt, potentiell hinderliche Unterschiede zwischen Patient:innen und Therapeut:innen beschrieben und die Relevanz von Therapeut:inneneigenschaften für marginalisierte Gruppen dargestellt wird. KW - psychotherapy KW - preferences KW - preference assessment KW - psychotherapy training KW - respondent pool KW - Psychotherapie KW - Präferenzen KW - Präferenzmessung KW - Psychotherapieausbildung KW - Panelstichprobe Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-607534 ER - TY - THES A1 - Grduszak, Denise T1 - Anschaulichkeiten herstellen T1 - Creating visuals BT - eine medienanthropologische Untersuchung der Driu liet von der maget mit besonderer Berücksichtigung der bildlichen Darstellungsprinzipien in der Fassung D. BT - a media anthropological study of the Driu liet von der maget with special consideration of the pictorial principles of representation in version D. N2 - Die Handschrift D der Driu liet von der maget entstand um 1220 und ist die älteste vollständige erhaltene Fassung des Textes. Priester Wernher gilt als Verfasser der geistlichen Dichtung und erstellt sie im Jahr 1172 auf der Grundlage apokrypher und biblischer Quellen. Die Handschrift D wird in der mediävistischen Germanistik gerne zu jenen Werken gezählt, die den Auftakt einer zunehmenden Verschriftlichung in der Volkssprache markieren. Gemäß ihrem Erscheinungsbild erweist sich die Handschrift und der Zeitpunkt ihrer Entstehung aber vor allem als ein Wendepunkt, an dem der Einfluss der lateinischen Schriftkultur auf die Produktion volkssprachlicher Literatur besonders deutlich wird. Während insgesamt der Anteil der geistlichen Dichtung kontinuierlich abnimmt, erfolgt von literaturwissenschaftlicher Seite zurecht auch die Einordnung der Handschrift in die weltlich-laikale Hofliteratur. In diesem Kontext steht die Handschrift D aber nicht am Beginn einer Blütezeit, sondern weist vor allem in das blühende Spannungsfeld zwischen der lateinisch geprägten Buchproduktion und der geistlichen Dichtung auf der einen und dem Anspruch einer laikalen Rezeptionsgemeinschaft auf der anderen Seite. In diesem Feld bewegt sich meine medienanthropologische Untersuchung. Die Schwerpunkte liegen hierbei auf der Rekonstruktion der Handschriftenherstellung sowie auf der Analyse der Darstellungsprinzipien im Bildprogramm. N2 - Manuscript D of the Driu liet von der maget (Kraków, Biblioteka Jagiellońska, Ms. germ. oct. 109) was created around 1220 and is the oldest complete surviving version of the text. Priest Wernher is considered to be the author of the first German-language Life of Mary and created it in 1172 on the basis of apocryphal and biblical sources. In medieval German studies, manuscript D is often counted among those works that mark the beginning of increasing writing in the vernacular. According to its appearance, however, the manuscript and the time of its creation prove to be above all a turning point at which the influence of Latin writing culture on the production of vernacular literature becomes particularly clear. While the overall proportion of sacred poetry is continuously decreasing, literary scholars rightly classify the manuscript as secular and secular court literature. In this context, however, manuscript D is not at the beginning of a golden age, but rather points primarily to the flourishing field of tension between Latin-influenced book production and sacred poetry on the one hand and the demands of a secular community of reception on the other. This is the field in which the media anthropological study operates, focusing on the reconstruction of the production process of the manuscript and the analysis of the representational principles of the pictorial program. KW - Visual Culture KW - Bildprogramm KW - Priester Wernhers "Drei Lieder von der Magd" KW - Driu liet von der maget, Hs. D KW - pictorial program KW - Driu liet von der maget, Hs. D KW - Priest Wernher's "Drei Lieder von der Magd" KW - visual culture Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-612292 ER -