TY - THES A1 - Engel, Tilman T1 - Motor control strategies in response to unexpected disturbances of dynamic postural control in people with and without low back pain T1 - Strategien der Bewegungskontrolle nach unerwarteten Störungen der dynamischen posturalen Kontrolle in Personen mit und ohne Rückenschmerzen N2 - Background: Low back pain (LBP) is one of the world wide leading causes of limited activity and disability. Impaired motor control has been found to be one of the possible factors related to the development or persistence of LBP. In particularly, motor control strategies seemed to be altered in situations requiring reactive responses of the trunk counteracting sudden external forces. However, muscular responses were mostly assessed in (quasi) static testing situations under simplified laboratory conditions. Comprehensive investigations in motor control strategies during dynamic everyday situations are lacking. The present research project aimed to investigate muscular compensation strategies following unexpected gait perturbations in people with and without LBP. A novel treadmill stumbling protocol was tested for its validity and reliability to provoke muscular reflex responses at the trunk and the lower extremities (study 1). Thereafter, motor control strategies in response to sudden perturbations were compared between people with LBP and asymptomatic controls (CTRL) (study 2). In accordance with more recent concepts of motor adaptation to pain, it was hypothesized that pain may have profound consequences on motor control strategies in LBP. Therefore, it was investigated whether differences in compensation strategies were either consisting of changes local to the painful area at the trunk, or also being present in remote areas such as at the lower extremities. Methods: All investigations were performed on a custom build split-belt treadmill simulating trip-like events by unexpected rapid deceleration impulses (amplitude: 2 m/s; duration: 100 ms; 200 ms after heel contact) at 1m/s baseline velocity. A total number of 5 (study 1) and 15 (study 2) right sided perturbations were applied during walking trials. Muscular activities were assessed by surface electromyography (EMG), recorded at 12 trunk muscles and 10 (study 1) respectively 5 (study 2) leg muscles. EMG latencies of muscle onset [ms] were retrieved by a semi-automatic detection method. EMG amplitudes (root mean square (RMS)) were assessed within 200 ms post perturbation, normalized to full strides prior to any perturbation [RMS%]. Latency and amplitude investigations were performed for each muscle individually, as well as for pooled data of muscles grouped by location. Characteristic pain intensity scores (CPIS; 0-100 points, von Korff) based on mean intensity ratings reported for current, worst and average pain over the last three months were used to allocate participants into LBP (≥30 points) or CTRL (≤10 points). Test-retest reproducibility between measurements was determined by a compilation of measures of reliability. Differences in muscular activities between LBP and CTRL were analysed descriptively for individual muscles; differences based on grouped muscles were statistically tested by using a multivariate analysis of variance (MANOVA, α =0.05). Results: Thirteen individuals were included into the analysis of study 1. EMG latencies revealed reflex muscle activities following the perturbation (mean: 89 ms). Respective EMG amplitudes were on average 5-fold of those assessed in unperturbed strides, though being characterized by a high inter-subject variability. Test-retest reliability of muscle latencies showed a high reproducibility, both for muscles at the trunk and legs. In contrast, reproducibility of amplitudes was only weak to moderate for individual muscles, but increased when being assessed as a location specific outcome summary of grouped muscles. Seventy-six individuals were eligible for data analysis in study 2. Group allocation according to CPIS resulted in n=25 for LBP and n=29 for CTRL. Descriptive analysis of activity onsets revealed longer delays for all muscles within LBP compared to CTRL (trunk muscles: mean 10 ms; leg muscles: mean 3 ms). Onset latencies of grouped muscles revealed statistically significant differences between LBP and CTRL for right (p=0.009) and left (p=0.007) abdominal muscle groups. EMG amplitude analysis showed a high variability in activation levels between individuals, independent of group assignment or location. Statistical testing of grouped muscles indicated no significant difference in amplitudes between LBP and CTRL. Discussion: The present research project could show that perturbed treadmill walking is suitable to provoke comprehensive reflex responses at the trunk and lower extremities, both in terms of sudden onsets and amplitudes of reflex activity. Moreover, it could demonstrate that sudden loadings under dynamic conditions provoke an altered reflex timing of muscles surrounding the trunk in people with LBP compared to CTRL. In line with previous investigations, compensation strategies seemed to be deployed in a task specific manner, with differences between LBP and CTRL being evident predominately at ventral sides. No muscular alterations exceeding the trunk could be found when being assessed under the automated task of locomotion. While rehabilitation programs tailored towards LBP are still under debate, it is tempting to urge the implementation of dynamic sudden loading incidents of the trunk to enhance motor control and thereby to improve spinal protection. Moreover, in respect to the consistently observed task specificity of muscular compensation strategies, such a rehabilitation program should be rich in variety. N2 - Hintergrund: Unterer Rückenschmerz (LBP) stellt eine der weltweit führenden Ursachen für eine eingeschränkte körperliche Funktion und Belastbarkeit dar. Defizite in der neuromuskulären Ansteuerung gelten als einer der möglichen Faktoren im Zusammenhang mit der Entstehung und Persistenz von LBP. Insbesondere in Situationen, die eine aktive Kompensation von plötzlich auftretenden Lasten am Rumpf beinhalten, konnten veränderte Strategien in der muskulären Antwort bei LBP aufgezeigt werden. Allerdings basierten solche Untersuchungen meistens auf (quasi) statischen Testsituationen unter vereinfachten Laborbedingungen. Ob die beobachteten muskulären Reaktionen isolierter Rumpfbelastungen repräsentativ sind für eine neuromuskuläre Ansteuerung unter dynamischen Alltagsbedingungen ist bisher nicht geklärt. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, muskuläre Kompensationsstrategien in Folge unerwarteter Gangperturbationen bei Personen mit und ohne LBP zu untersuchen. Um muskuläre Reflexantworten am Rumpf und an den unteren Extremitäten zu provozieren wurde ein neu entwickeltes Laufband-Stolperprotokoll auf Validität und Reliabilität getestet (Studie 1). Aufbauend erfolgte der Vergleich neuromuskulärer Antworten in Reaktion auf plötzlich applizierte Gangperturbationen zwischen Personen mit LBP und asymptomatischen Kontrollpersonen (CTRL) (Studie 2). In Übereinstimmung mit aktuellen Modellen zur motorischen Anpassung bei Schmerzen wurde untersucht, ob Unterschiede in den beobachteten Kompensationsstrategien auf lokale Veränderungen am Rumpf reduziert sind, oder ebenfalls in rumpffernen Körperregionen auftreten. Methoden: Alle Untersuchungen wurden mit einem Spezial-Laufband durchgeführt, welches mittels unerwarteter schneller Abbremsimpulse (Amplitude: 2 m/s, Dauer: 100 ms, 200 ms nach Fersenkontakt) die Simulation von Stolperereignissen während der Gangbewegung (1 m/s) erlaubt. Eine Anzahl von 5 (Studie 1) bzw. 15 (Studie 2) rechtsseitigen Perturbationen wurde im Verlaufs des Stolperprotokolls appliziert. Muskuläre Aktivitäten wurden mittels Elektromyographie (EMG) von 12 Rumpf- sowie 10 (Studie 1) bzw. 5 (Studie 2) Beinmuskeln aufgezeichnet. EMG-Latenzen wurden mittels eines halb-automatischen Detektions-Verfahrens ermittelt. Die Berechnung der EMG Amplituden (RMS) erfolgte für den Zeitraum von 200 ms nach Perturbation, normiert auf den gesamten Schrittzyklus des unperturbierten Ganges [%]. Latenz- und Amplituden-Messgrößen wurden für jeden Muskel individuell und für gepoolte Daten (gruppiert nach Lokalisation) berechnet. Charakteristische Schmerzintensitätswerte (CPIS, 0-100 Punkte, von Korff), basierend auf gemittelten Angaben zu akuten, sowie höchsten und durchschnittlichen Schmerzen der letzten drei Monate wurden zur Einteilung in LBP (≥30 Punkte) und CTRL (≤ 10 Punkte) verwendet. Zur Beurteilung der Test-retest Reliabilität wurden verschiedene Reliabilitätsparameter herangezogen. Unterschiede in den Muskelaktivitäten zwischen LBP und CTRL wurden für individuelle Muskeln deskriptiv analysiert. Gepoolte Daten gruppierter Muskeln wurden mittels multivariater Varianzanalyse (MANOVA; α = 0,05) statistisch getestet. Ergebnisse: Ergebnisse von 13 Probanden wurden für die Analyse von Studie 1 herangezogen. EMG-Latenzen zeigten Muskelaktivitäten repräsentativ für Reflexantworten im Nachgang applizierter Gangperturbationen, sowohl an Rumpf- als auch an Beinmuskulatur (Mittelwert: 89 ms, Range: 75 bis 117 ms). EMG-Amplituden erreichten im Durchschnitt ein 5-fach erhöhtes Aktivitätsniveau innerhalb des 200 ms Zeitfensters nach Perturbation (Range: 106 bis 909 RMS%), jedoch gezeichnet von einer hohen interindividuellen Variabilität zwischen den Probanden. Eine hohe Reproduzierbarkeit für EMG-Latenzen konnte anhand der Reliabilitätsparameter aufgezeigt werden. EMG-Amplituden dagegen erwiesen sich als nur geringfügig reliabel bei der Betrachtung individueller Muskeln. Für die Datenanalyse in Studie 2 waren 76 Probanden geeignet. Die Gruppenzuteilung nach CPIS ergab n = 25 für LBP und n = 29 für CTRL. EMG-Latenzen zeigten eine erhöhte Aktivitätsverzögerung aller Muskeln für LBP im Vergleich zu CTRL (Rumpf: Mittelwert 10 ms; Bein: Mittelwert 3 ms). EMG-Latenzen gruppierter Muskeln zeigten statistisch signifikante Unterschiede zwischen LBP und CTRL für rechtsseitige (p=0,009) und linksseitige (p=0,007) abdominale Muskelgruppen. EMG-Amplituden waren geprägt von einer hohen interindividuellen Variabilität, unabhängig von Gruppenzuordnung oder Lokalisation. Diskussion: Das vorliegende Forschungsprojekt konnte belegen, dass Gangperturbationen dafür geeignet sind, umfassende Reflexantworten am Rumpf und den unteren Extremitäten zu provozieren. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass unerwartete Gangperturbationen zu einer zeitlich verzögerten Reflexantwort der rumpfumgreifenden Muskulatur bei Personen mit LBP im Vergleich zur Kontrollgruppe führen. In Übereinstimmung mit den Ergebnissen vorheriger Untersuchungen erscheinen dabei die gewählten Kompensationsstrategien aufgabenspezifisch angepasst zu sein. Veränderte muskuläre Reaktionsmuster abseits des Rumpfes konnten trotz Einbezug weiterer Lokalisationen nicht gefunden werden. Gegenüber isolierten Rumpfbelastungen erlaubt der Einsatz indirekter Perturbationsbelastungen während des Ganges alltagsrelevante situationsspezifische Defizite neuromuskulärer Kontrolle gezielt zu untersuchen. Bei der Erstellung neuer Theapiekonzepte zur Steigerung der neuromuskulären Kontrolle sollte in diesem Zusammenhang die Einbindung alltagsähnlicher indirekter Belastungsformen des Rumpfes diskutiert werden. KW - low back pain KW - trunk KW - perturbation KW - EMG KW - reflex KW - stumbling KW - Rückenschmerz KW - Rumpf KW - Perturbationen KW - Gang KW - Stolpern KW - Reflexaktivität Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-400742 ER - TY - GEN A1 - Liu, Shuyan A1 - Schad, Daniel A1 - Kuschpel, Maxim S. A1 - Rapp, Michael A. A1 - Heinz, Andreas T1 - Music and Video Gaming during Breaks BT - Influence on Habitual versus Goal-Directed Decision Making N2 - Different systems for habitual versus goal-directed control are thought to underlie human decision-making. Working memory is known to shape these decision-making systems and their interplay, and is known to support goal-directed decision making even under stress. Here, we investigated if and how decision systems are differentially influenced by breaks filled with diverse everyday life activities known to modulate working memory performance. We used a within-subject design where young adults listened to music and played a video game during breaks interleaved with trials of a sequential two-step Markov decision task, designed to assess habitual as well as goal-directed decision making. Based on a neurocomputational model of task performance, we observed that for individuals with a rather limited working memory capacity video gaming as compared to music reduced reliance on the goal-directed decision-making system, while a rather large working memory capacity prevented such a decline. Our findings suggest differential effects of everyday activities on key decision-making processes. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Humanwissenschaftliche Reihe - 289 KW - Cognition KW - Cognitive impairment KW - Decision making KW - Games KW - Learning KW - Music cognition KW - Video games KW - Working memory Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-90700 SP - 1 EP - 12 ER - TY - GEN A1 - Bondü, Rebecca A1 - Scheithauer, Herbert T1 - Narcissistic symptoms in German school shooters T2 - Postprints der Universität Potsdam : Humanwissenschaftliche Reihe N2 - School shooters are often described as narcissistic, but empirical evidence is scant. To provide more reliable and detailed information, we conducted an exploratory study, analyzing police investigation files on seven school shootings in Germany, looking for symptoms of narcissistic personality disorder as defined by the Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders (4th ed.; DSM-IV) in witnesses' and offenders' reports and expert psychological evaluations. Three out of four offenders who had been treated for mental disorders prior to the offenses displayed detached symptoms of narcissism, but none was diagnosed with narcissistic personality disorder. Of the other three, two displayed narcissistic traits. In one case, the number of symptoms would have justified a diagnosis of narcissistic personality disorder. Offenders showed low and high self-esteem and a range of other mental disorders. Thus, narcissism is not a common characteristic of school shooters, but possibly more frequent than in the general population. This should be considered in developing adequate preventive and intervention measures. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Humanwissenschaftliche Reihe - 392 KW - school shooting KW - narcissism KW - personality disorder KW - risk factor KW - rampage Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-404452 IS - 392 ER - TY - GEN A1 - Wippert, Pia-Maria A1 - Fliesser, Michael T1 - National doping prevention guidelines : Intent, efficacy and lessons learned BT - Substance abuse treatment, prevention, and policy N2 - Background Doping presents a potential health risk for young athletes. Prevention programs are intended to prevent doping by educating athletes about banned substances. However, such programs have their limitations in practice. This led Germany to introduce the National Doping Prevention Plan (NDPP), in hopes of ameliorating the situation among young elite athletes. Two studies examined 1) the degree to which the NDPP led to improved prevention efforts in elite sport schools, and 2) the extent to which newly developed prevention activities of the national anti-doping agency (NADA) based on the NDPP have improved knowledge among young athletes within elite sports schools. Methods The first objective was investigated in a longitudinal study (Study I: t0 = baseline, t1 = follow-up 4 years after NDPP introduction) with N = 22 teachers engaged in doping prevention in elite sports schools. The second objective was evaluated in a cross-sectional comparison study (Study II) in N = 213 elite sports school students (54.5 % male, 45.5 % female, age M = 16.7 ± 1.3 years (all students had received the improved NDDP measure in school; one student group had received additionally NADA anti-doping activities and a control group did not). Descriptive statistics were calculated, followed by McNemar tests, Wilcoxon tests and Analysis of Covariance (ANCOVA). Results Results indicate that 4 years after the introduction of the NDPP there have been limited structural changes with regard to the frequency, type, and scope of doping prevention in elite sport schools. On the other hand, in study II, elite sport school students who received further NADA anti-doping activities performed better on an anti-doping knowledge test than students who did not take part (F(1, 207) = 33.99, p <0.001), although this difference was small. Conclusion The integration of doping-prevention in elite sport schools as part of the NDPP was only partially successful. The results of the evaluation indicate that the introduction of the NDPP has contributed more to a change in the content of doping prevention activities than to a structural transformation in anti-doping education in elite sport schools. Moreover, while students who did receive additional education in the form of the NDPP“booster sessions” had significantly more knowledge about doping than students who did not receive such education, this difference was only small and may not translate to actual behavior. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Humanwissenschaftliche Reihe - 309 KW - Anti-doping guideline KW - Anti-doping program KW - Doping KW - Elite sports schools Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-100406 ER - TY - JOUR A1 - Matijević, Tijana T1 - National, post-national, transnational BT - Is post-Yugoslav literature an arguable or promising field of study? JF - Grenzräume – Grenzbewegungen : Ergebnisse der Arbeitstreffen des Jungen Forums Slavistische Literaturwissenschaft in Basel 2013 und Frankfurt (Oder) und Słubice 2014 ; Bd. 1 Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-92573 SN - 978-3-86956-358-9 VL - 1 SP - 101 EP - 112 PB - Universitätsverlag Potsdam CY - Potsdam ER - TY - THES A1 - Georgieva, Viktoria T1 - Neotectonics & Cooling History of the Southern Patagonian Andes T1 - Neotektonik und Abkühlgeschichte der Südpatagonschen Anden BT - assessing the Role of Ridge Collision and Slab Window Formation inboard of the Chile Triple Junction (46-47°S) BT - die Rolle von ozeanischer Rückenkollision und der Bilding eines “slab window” am Chile-Triplepunkt (47°S) N2 - The collision of bathymetric anomalies, such as oceanic spreading centers, at convergent plate margins can profoundly affect subduction dynamics, magmatism, and the structural and geomorphic evolution of the overriding plate. The Southern Patagonian Andes of South America are a prime example for sustained oceanic ridge collision and the successive formation and widening of an extensive asthenospheric slab window since the Middle Miocene. Several of the predicted upper-plate geologic manifestations of such deep-seated geodynamic processes have been studied in this region, but many topics remain highly debated. One of the main controversial topics is the interpretation of the regional low-temperature thermochronology exhumational record and its relationship with tectonic and/or climate-driven processes, ultimately manifested and recorded in the landscape evolution of the Patagonian Andes. The prominent along-strike variance in the topographic characteristics of the Andes, combined with coupled trends in low-temperature thermochronometer cooling ages have been interpreted in very contrasting ways, considering either purely climatic (i.e. glacial erosion) or geodynamic (slab-window related) controlling factors. This thesis focuses on two main aspects of these controversial topics. First, based on field observations and bedrock low-temperature thermochronology data, the thesis addresses an existing research gap with respect to the neotectonic activity of the upper plate in response to ridge collision - a mechanism that has been shown to affect the upper plate topography and exhumational patterns in similar tectonic settings. Secondly, the qualitative interpretation of my new and existing thermochronological data from this region is extended by inverse thermal modelling to define thermal histories recorded in the data and evaluate the relative importance of surface vs. geodynamic factors and their possible relationship with the regional cooling record. My research is centered on the Northern Patagonian Icefield (NPI) region of the Southern Patagonian Andes. This site is located inboard of the present-day location of the Chile Triple Junction - the juncture between the colliding Chile Rise spreading center and the Nazca and Antarctic Plates along the South American convergent margin. As such this study area represents the region of most recent oceanic-ridge collision and associated slab window formation. Importantly, this location also coincides with the abrupt rise in summit elevations and relief characteristics in the Southern Patagonian Andes. Field observations, based on geological, structural and geomorphic mapping, are combined with bedrock apatite (U-Th)/He and apatite fission track (AHe and AFT) cooling ages sampled along elevation transects across the orogen. This new data reveals the existence of hitherto unrecognized neotectonic deformation along the flanks of the range capped by the NPI. This deformation is associated with the closely spaced oblique collision of successive oceanic-ridge segments in this region over the past 6 Ma. I interpret that this has caused a crustal-scale partitioning of deformation and the decoupling, margin-parallel migration, and localized uplift of a large crustal sliver (the NPI block) along the subduction margin. The location of this uplift coincides with a major increase of summit elevations and relief at the northern edge of the NPI massif. This mechanism is compatible with possible extensional processes along the topographically subdued trailing edge of the NPI block as documented by very recent and possibly still active normal faulting. Taken together, these findings suggest a major structural control on short-wavelength variations in topography in the Southern Patagonian Andes - the region affected by ridge collision and slab window formation. The second research topic addressed here focuses on using my new and existing bedrock low-temperature cooling ages in forward and inverse thermal modeling. The data was implemented in the HeFTy and QTQt modeling platforms to constrain the late Cenozoic thermal history of the Southern Patagonian Andes in the region of the most recent upper-plate sectors of ridge collision. The data set combines AHe and AFT data from three elevation transects in the region of the Northern Patagonian Icefield. Previous similar studies claimed far-reaching thermal effects of the approaching ridge collision and slab window to affect patterns of Late Miocene reheating in the modelled thermal histories. In contrast, my results show that the currently available data can be explained with a simpler thermal history than previously proposed. Accordingly, a reheating event is not needed to reproduce the observations. Instead, the analyzed ensemble of modelled thermal histories defines a Late Miocene protracted cooling and Pliocene-to-recent stepwise exhumation. These findings agree with the geological record of this region. Specifically, this record indicates an Early Miocene phase of active mountain building associated with surface uplift and an active fold-and-thrust belt, followed by a period of stagnating deformation, peneplanation, and lack of synorogenic deposition in the Patagonian foreland. The subsequent period of stepwise exhumation likely resulted from a combination of pulsed glacial erosion and coeval neotectonic activity. The differences between the present and previously published interpretation of the cooling record can be reconciled with important inconsistencies of previously used model setup. These include mainly the insufficient convergence of the models and improper assumptions regarding the geothermal conditions in the region. This analysis puts a methodological emphasis on the prime importance of the model setup and the need for its thorough examination to evaluate the robustness of the final outcome. N2 - Die Kollision ozeanischer Rückensysteme entlang aktiver Subduktionszonen kann eine nachhaltige Wirkung auf die geodynamische, magmatische, strukturelle und geomorphologische Entwicklung der Oberplatte ausüben. Die Südpatagonischen Anden repräsentieren ein außergewöhnliches Beispiel für eine aktive ozeanische Rückenkollision mit einem Kontinentalrand, die über mehrere Millionen Jahre hinweg aufrechterhalten wurde. Dieser Prozess wurde begleitet von großräumigen Mantelprozessen mit der gleichzeitigen Bildung eines asthenosphärischen Fensters unter Südpatagonien – eine weiträumige Öffnung zwischen den divergierenden ozeanischen Platten unter der Oberplatte, die den Kontakt des asthenosphärischen Mantels mit der kontinentalen Lithosphäre ermöglicht hat. Auch wenn die daraus resultierenden geologischen Erscheinungsformen der Oberplatte bereits in unterschiedlichen Regionen studiert wurden, bleiben viele Fragen hinsichtlich der assoziierten Exhumations- Abkühlungs- und Deformationsprozesse noch offen. Eine kontroverse Frage in diesem Zusammenhang bezieht sich auf die Interpretation von Niedrigtemperatur-Thermochronologiedaten, welche die jüngste Abkühlungs- und Deformationsgeschichte der Erdkruste und die Landschaftsentwicklung in Südpatagonien dokumentieren. Diese Abkühlgeschichte kann theoretisch zeitliche und/oder räumliche Variationen im Erosionspotential von Oberflächenprozessen und der daraus resultierenden jüngsten Exhumation beleuchten oder auch den Einfluss überlagerter thermischer Effekte des hochliegenden Mantels widerspiegeln. Die ausgeprägten topographischen Änderungen entlang des Streichens der Patagonischen Anden, die offenbar auch an Trends in den thermochronometrischen Daten gekoppelt sind, wurden in der Vergangenheit bereits äußerst kontrovers interpretiert. Endglieder dieser Diskussion sind entweder klimatisch gesteuerte Prozessmodelle und eine damit verbundene räumliche Variabilität in der Exhumation (glaziale Erosion) oder geodynamischen Prozesse, die insbesondere eine regional begrenzte Deformation und Hebung mit der Kollision des ozeanischen Chile-Rückens in Verbindung bringen. Diese Dissertation ist daher auf zwei wesentliche Aspekte dieser Problematik fokussiert. Sie befasst sich einerseits mit der soweit kaum erforschten Existenz junger (neotektonischer) Deformationsphänomene, die unmittelbar mit der Rückenkollision in Verbindung steht und das Potenzial hat, die Topographie und die thermochronometrisch dokumentierte Abkühlgeschichte des Patagonischen Gebirgszuges mitbeeinflusst zu haben. Ein weiterer Forschungsfokus liegt auf der erweiterten Interpretation eines Teils der im Rahmen dieser Arbeit erstellten sowie von vorhandenen thermochronometrischen Datensätzen durch inverse numerische Modellierungen. Diese Modellierungen hatten das Ziel, die thermische Geschichte der Proben, die am besten die beobachteten Daten reproduzieren kann, zu definieren und die relative Bedeutung geodynamischer und oberflächennaher Prozesse abzuschätzen. Das Untersuchungsgebiet liegt in dem Gebirgsmassiv des Nordpatagonischen Eisfeldes von Südostpatagonien. Dieser Teil der Südpatagonischen Anden liegt in der Region, wo die derzeitig aktive Kollision des Chile-Rückens seit 6 Millionen Jahren im Gange ist. Der Nordrand des Gebirgsmassivs fällt zusammen mit der abrupten Zunahme der Topographie am Übergang von den Nord- in den Südpatagonischen Anden - das Gebiet, das von ozeanischer Rückenkollision betroffen wurde und durch die Bildung des asthenosphärischen Fensters gekennzeichnet ist. Diverse Feldbeobachtungen, kombiniert mit neuen thermochronometrischen Daten ((U-Th)/He- und Spaltspurendatierungen an Apatiten von Festgesteinsproben, AHe und AFT), dokumentieren die bisher unbekannte Existenz junger tektonischer Bewegungen entlang der Flanken dieses erhöhten Gebirgszuges, welche die topographischen, geomorphologischen und thermochronometrischen Charakteristika der Region deutlich beeinflusst haben. Diese Deformation wurde ausgelöst durch die schräge Kollision von Segmenten des Chile- Rückens, die eine Partitionierung in der Krustendeformation in Komponenten die jeweils parallel und orthogonal zum konvergenten Plattenrand orientiert sind, nach sich zog. Dieser hierbei entstandene Krustenblock des Nordpatagonischen Eisfeldes wurde entlang der Plattengrenze entkoppelt und nordwärts bewegt. Diese Kinematik führte zur lokalen Hebung und Extension (Absenkung) jeweils entsprechend am Nord- und Südrand des Krustenblocks. Die resultierende differentielle Hebung und Extension dieses Krustenblocks korreliert sehr gut mit Muster der räumlichen Verteilung der Topographie und den regionalen thermochronometrischen Daten und legt somit eine direkte Beziehung zwischen geodynamischen Randbedingungen, tektonischer Deformation, Exhumation und Landschaftsentwicklung nahe. Der zweite Forschungsfokus liegt auf der Implementierung meiner neuen sowie bereits publizierter thermochronometrischer Daten in Vorwärts- und inversen numerischen Modellierungen. Es wurden die frei verfügbaren Modellierungsplattformen HeFTy und QTQt benutzt, um die Abkühlungsgeschichte der Südpatagonischen Anden im Gebiet der jüngsten ozeanischen Rückenkollision zu definieren. Der Datensatz kombiniert AHe und AFT Abkühlalter aus drei Höhenprofilen in der Region des Nordpatagonischen Eisfeldes. Kürzlich publizierte Studien, die auf identischen Datierungsmethoden und numerischen Ansätzen beruhen, postulieren, dass ein signifikanter und räumlich weitreichender thermischer Effekt, , sich bereits während des Obermiozäns in den thermochronometrischen Daten manifestiert und auf die Bildung des asthenosphärischen Fensters zurückzuführen ist. Im Unterschied dazu zeigen meine Ergebnisse, dass die verfügbaren thermochronometrischen Daten mit einem einfacheren thermischen Szenario erklärt werden können und ein thermischer Puls nicht notwendig ist, um die Abkühlalter in der vorliegenden Form zu reproduzieren. Das kumulative Ergebnis der Modellierungen dokumentiert eine alternative Möglichkeit mit einer langsamen und/oder stagnierenden Abkühlung im Obermiozän, auf die dann im Pliozän eine schnelle und ausgeprägte schrittweise Abkühlung stattfand. Diese Ergebnisse sind kompatibel mit der geologischen Geschichte der Region. So wurde in diesem Gebiet eine Phase aktiver Einengung, Hebung und Exhumation im Unteren Miozän nachgewiesen. Dieser Episode folgte eine Phase der Ruhe in der Deformation, eine großräumige Einebnung der Deformationsfront durch fluviatile Prozesse und eine drastische Abnahme synorogener Ablagerungen. Die darauffolgende Phase schrittweiser Abkühlung resultierte aus einer Kombination von einerseits rekurrenten weiträumigen Vergletscherungen und damit einhergehender glazialer Erosion und andererseits von gleichzeitigen lokalen tektonischen Vertikalbewegungen durch Störungen, die im plattentektonischen Kontext aktiver ozeanischer Rückenkollision entstanden. Die signifikanten Unterschiede zwischen bereits publizierten und den hier präsentierten Ergebnissen beruhen auf der Erkenntnis wichtiger Nachteile der früher benutzten Modellannahmen. Diese beinhalten z.B. die unzureichende Konvergenz (unzureichende Anzahl an Iterationen) und Vorgaben bezüglich der regionalen geothermischen Bedingungen. Diese kritische Betrachtung zeigt, dass methodische Schwerpunkte und Annahmen dieser Modellierungen gründlich geprüft werden müssen, um eine objektive Abschätzung der Ergebnisse zu erzielen. Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass der Impakt bisher unbekannter neotektonischer Strukturen entlang des konvergenten Plattenrandes von Südpatagonien sehr weitreichende Folgen hat. Diese Strukturen stehen räumlich und zeitlich in direkter Beziehung zur seit dem Obermiozän andauernden Subduktion verschiedener Segmente des Chile-Spreizungszentrums; sie unterstreichen die fundamentale Bedeutung der Subduktion bathymetrischer Anomalien für die tektonische und geomorphologische Entwicklung der Oberplatte, besonders in Regionen mit ausgeprägten Erosionsprozessen. Die hier dokumentierten Ergebnisse aus der inversen numerischen Modellierung thermochronometrischer Daten stellen bereits publizierte Befunde aus Studien infrage, die auf ähnlichen Ansätzen beruhen und welche den regionalen thermischen Effekt des asthenosphärischen Fensters in Südpatagonien hervorheben. Meine Ergebnisse dokumentieren stattdessen eine Abkühlungsgeschichte, die durch eine synergistische, klimatisch und tektonisch bedingte schrittweise Exhumation definiert ist. Eine abschließende synoptische Betrachtung der gesamten thermochronometrischen Daten in Südpatagonien belegt das Fehlen von Mustern in der regionalen Verteilung von Abkühlaltern entlang des Streichens des Orogens. Die Existenz eines solchen Trends wurde früher postuliert und im Rahmen eines transienten Pulses dynamischer Topographie und Exhumation interpretiert, der mit der Bildung und Migration des asthenosphärischen Fensters assoziiert wurde. Meine neue Zusammenstellung und Interpretation der Thermochronometrie zeigt stattdessen, dass die regionale Verteilung von Abkühlaltern in Südpatagonien vor allem durch die langfristig wirksame räumliche Verteilung glazialer Erosionsprozesse bestimmt wird, die u.a. zu einer tieferen Exhumation im Zentrum des Orogens geführt hat. Dieses regionale Exhumationsmuster wird allerdings lokal durch differentielle Hebung von Krustenblöcken modifiziert, die mit den neotektonischen Bewegungen im Rahmen der Kollision des Kontinentalrandes mit dem ozeanischen Chile-Rücken und der Partitionierung der Deformation in Zusammenhang stehen. KW - neotectonics KW - ridge-collision KW - asthenospheric slab-window KW - thermochronology KW - Patagonia KW - Apatite (U-Th)/He, apatite fission track dating KW - thermal modeling KW - Apatit-(U-Th)/He Datierung KW - Apatit-Spaltspurendatierung KW - Patagonia KW - asthenospherisches "slab-window" KW - Neotektonik KW - Rückenkollision KW - thermische Modellierung KW - Thermochronologie Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-104185 ER - TY - GEN A1 - Beurskens, Rainer A1 - Steinberg, Fabian A1 - Antoniewicz, Franziska A1 - Wolff, Wanja A1 - Granacher, Urs T1 - Neural Correlates of Dual-Task Walking BT - Effects of Cognitive versus Motor Interference in Young Adults N2 - Walking while concurrently performing cognitive and/or motor interference tasks is the norm rather than the exception during everyday life and there is evidence from behavioral studies that it negatively affects human locomotion. However, there is hardly any information available regarding the underlying neural correlates of single- and dual-task walking. We had 12 young adults (23.8 ± 2.8 years) walk while concurrently performing a cognitive interference (CI) or a motor interference (MI) task. Simultaneously, neural activation in frontal, central, and parietal brain areas was registered using a mobile EEG system. Results showed that the MI task but not the CI task affected walking performance in terms of significantly decreased gait velocity and stride length and significantly increased stride time and tempo-spatial variability. Average activity in alpha and beta frequencies was significantly modulated during both CI and MI walking conditions in frontal and central brain regions, indicating an increased cognitive load during dual-task walking. Our results suggest that impaired motor performance during dual-task walking is mirrored in neural activation patterns of the brain. This finding is in line with established cognitive theories arguing that dual-task situations overstrain cognitive capabilities resulting in motor performance decrements. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Humanwissenschaftliche Reihe - 291 Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-90742 SP - 1 EP - 9 ER - TY - THES A1 - Harding, Eleanor Elizabeth T1 - Neurocognitive entrainment to meter influences syntactic comprehension in music and language T1 - Neurokognitives Entrainment durch Metrum beeinflusst Syntaxverständnis in Musik und Sprache BT - an individual-differences approach BT - ein Zugang über individuelle Unterschiede N2 - Meter and syntax have overlapping elements in music and speech domains, and individual differences have been documented in both meter perception and syntactic comprehension paradigms. Previous evidence insinuated but never fully explored the relationship that metrical structure has to syntactic comprehension, the comparability of these processes across music and language domains, and the respective role of individual differences. This dissertation aimed to investigate neurocognitive entrainment to meter in music and language, the impact that neurocognitive entrainment had on syntactic comprehension, and whether individual differences in musical expertise, temporal perception and working memory played a role during these processes. A theoretical framework was developed, which linked neural entrainment, cognitive entrainment, and syntactic comprehension while detailing previously documented effects of individual differences on meter perception and syntactic comprehension. The framework was developed in both music and language domains and was tested using behavioral and EEG methods across three studies (seven experiments). In order to satisfy empirical evaluation of neurocognitive entrainment and syntactic aspects of the framework, original melodies and sentences were composed. Each item had four permutations: regular and irregular metricality, based on the hierarchical organization of strong and weak notes and syllables, and preferred and non-preferred syntax, based on structurally alternate endings. The framework predicted — for both music and language domains — greater neurocognitive entrainment in regular compared to irregular metricality conditions, and accordingly, better syntactic integration in regular compared to irregular metricality conditions. Individual differences among participants were expected for both entrainment and syntactic processes. Altogether, the dissertation was able to support a holistic account of neurocognitive entrainment to musical meter and its subsequent influence on syntactic integration of melodies, with musician participants. The theoretical predictions were not upheld in the language domain with musician participants, but initial behavioral evidence in combination with previous EEG evidence suggest that perhaps non-musician language EEG data would support the framework’s predictions. Musicians’ deviation from hypothesized results in the language domain were suspected to reflect heightened perception of acoustic features stemming from musical training, which caused current ‘overly’ regular stimuli to distract the cognitive system. The individual-differences approach was vindicated by the surfacing of two factors scores, Verbal Working Memory and Time and Pitch Discrimination, which in turn correlated with multiple experimental data across the three studies. N2 - Metrum und Syntax weisen sowohl in Musik als auch Sprache ähnliche Strukturelemente auf und in beiden Domänen sind interindividuelle Unterschiede in der Wahrnehmung von Metrum und Syntax berichtet worden. Bisherige Befunde deuten eine Wechselwirkung von metrischer Struktur auf syntaktische Verarbeitung an. Bislang gibt es jedoch keine konkreten Untersuchungen, die diese Beziehung systematisch beleuchtet haben, die Vergleichbarkeit dieser Prozesse in Musik und Sprache eruiert oder den Einfluss interindividueller Unterschiede erforscht haben. Die vorliegende Dissertation zielte daher darauf ab, ein neurokognitives Phänomen — Entrainment — in Musik und Sprache zu untersuchen, dessen Einfluss auf syntaktisches Verstehen zu definieren und herauszufinden, ob individuelle Unterschiede in musikalischer Vorerfahrung, Zeitwahrnehmung oder Arbeitsgedächtnis eine entscheidende Rolle bei diesen Prozessen spielt. Es wurde ein theoretischer Rahmen entwickelt, der neuronales Entrainment, kognitives Entrainment und syntaktisches Verstehen verknüpft und bereits dokumentierte individuelle Unterschiede in der Wahrnehmung vom Metrum und in syntaktischem Verstehen berücksichtigt. Dieser Rahmen wurde sowohl für Musik als auch Sprache formuliert und mit Hilfe von Verhaltens- und EEG-Untersuchungen in drei Studien (zusammengesetzt aus sieben Experimenten) getestet. Um eine empirische Untersuchung von neurokognitivem Entrainment und syntaktischem Verstehen zu ermöglichen, wurde geeignetes Melodie- und Satzmaterial entwickelt. Jede Melodie und jeder Satz wurde in vier Variationen dargeboten: regelmäßiges/unregelmäßiges Metrum, basierend auf der hierarchischen Organisation von betonten/unbetonten Noten und Silben, und bevorzugte/nicht bevorzugte Syntax, basierend auf strukturell verschiedenen Satzenden. Es wurde erwartet, dass in beiden Domänen regelmäßiges Metrum zu größerem neurokognitiven Entrainment führt als unregelmäßiges Metrum. Individuelle Unterschiede zwischen den Teilnehmern wurden sowohl für Entrainment als auch für die syntaktische Verarbeitung erwartet. Insgesamt kann die Dissertation den Einfluss von musikalischem Metrum auf neurokognitives Entrainment sowie dessen Einfluss wiederum auf die syntaktische Integration von Melodien bestätigen. Für die Sprachverarbeitung konnten diese Zusammenhänge in der hier getesteten Stichprobe von Musikern nicht nachgewiesen werden. Frühere Befunde aus Verhaltens- und EEG-Studien legen jedoch nahe, dass Untersuchungen mit Nichtmusikern ein solches Ergebnis erbringen könnten. Dass Musiker von unseren Hypothesen abweichende Ergebnisse in der Sprachverarbeitung zeigen, kann damit zu tun haben, dass sie durch ihr musikalisches Training akustische Merkmale besser wahrnehmen, wodurch "übermäßig" reguläre Stimuli kognitive Interferenzeffekte induzieren können. Des Weiteren konnte in allen drei Studien gezeigt werden, dass individuelle Wahrnehmungsunterschiede durch zwei Faktoren definiert werden: verbales Arbeitsgedächtnis sowie Zeit- und Tonhöhenunterscheidung. KW - entrainment KW - Entrainment KW - syntax KW - Syntax KW - meter KW - Metrum KW - language KW - Sprache KW - music KW - Musik Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-102258 ER - TY - THES A1 - Martínez Valdés, Eduardo Andrés T1 - Neuromuscular adaptations of either endurance or high-intensity interval training T1 - Neuromuskuläre Anpassung bei Ausdauer oder Hochintensiv-Intervalltraining BT - are there any differential adaptations in the motor unit population? BT - gibt es Adaptationsunterschiede in den Aktionspotenzialen motorischer Einheiten? N2 - During the last decade, high intensity interval training (HIIT) has been used as an alternative to endurance (END) exercise, since it requires less time to produce similar physiological adaptations. Previous literature has focused on HIIT changes in aerobic metabolism and cardiorespiratory fitness, however, there are currently no studies focusing on its neuromuscular adaptations. Therefore, this thesis aimed to compare the neuromuscular adaptations of both HIIT and END after a two-week training intervention, by using a novel technology called high-density surface electromyography (HDEMG) motor unit decomposition. This project consisted in two experiments, where healthy young men were recruited (aged between 18 to 35 years). In experiment one, the reliability of HDEMG motor unit variables (mean discharge rate, peak-to-peak amplitude, conduction velocity and discharge rate variability) was tested (Study 1), a new method to track the same motor units longitudinally was proposed (Study 2), and the level of low (<5Hz) and high (>5Hz) frequency motor unit coherence between vastus medialis (VM) and lateralis (VL) knee extensor muscles was measured (Study 4). In experiment two, a two-week HIIT and END intervention was conducted where cardiorespiratory fitness parameters (e.g. peak oxygen uptake) and motor unit variables from the VM and VL muscles were assessed pre and post intervention (Study 3). The results showed that HDEMG is reliable to monitor changes in motor unit activity and also allows the tracking of the same motor units across different testing sessions. As expected, both HIIT and END improved cardiorespiratory fitness parameters similarly. However, the neuromuscular adaptations of both types of training differed after the intervention, with HIIT showing a significant increase in knee extensor muscle strength that was accompanied by increased VM and VL motor unit discharge rates and HDEMG amplitude at the highest force levels [(50 and 70% of the maximum voluntary contraction force (MVC)], while END training induced a marked increase in time to task failure at lower force levels (30% MVC), without any influence on HDEMG amplitude and discharge rates. Additionally, the results showed that VM and VL muscles share most of their synaptic input since they present a large amount of low and high frequency motor unit coherence, which can explain the findings of the training intervention where both muscles showed similar changes in HDEMG amplitude and discharge rates. Taken together, the findings of the current thesis show that despite similar improvements in cardiopulmonary fitness, HIIT and END induced opposite adjustments in motor unit behavior. These results suggest that HIIT and END show specific neuromuscular adaptations, possibly related to their differences in exercise load intensity and training volume. N2 - Als Alternative zu Ausdauertraining (END) wurde während des letzten Jahrzehnts hochintensives Intervalltraining (HIIT) eingesetzt, da es weniger Zeit in Anspruch nimmt um ähnliche physiologische Anpassungen herbeizuführen. Die Literatur hat sich bislang auf Veränderungen des aeroben Stoffwechsels und der kardiorespiratorischen Fitness durch HIIT konzentriert, es fehlt jedoch an Studien, die sich mit der neuromuskulären Anpassung auseinandersetzen. Deswegen war das Ziel dieser Thesis die neuromuskulären Anpassungserscheinungen durch HIIT und END nach einer 2-wöchigen Trainingsintervention zu vergleichen. Dafür wurde eine neuartige Technik, die sogenannte High-Density Oberflächen Elektromyographie Motoreinheiten Zersetzung (HDEMG) genutzt. Dieses Projekt bestand aus zwei Experimenten, für die junge gesunde Männer zwischen 18 und 35 Jahren rekrutiert wurden. Im Rahmen des ersten Experiments wurde die Reliabilität der HDEMG Variablen (Entladungsrate, Amplitude, Weiterleitungsgeschwindigkeit und die Variabilität der Entladungsrate) untersucht (Studie 1), eine neue Methode zur longitudinalen Verfolgung der Motoreinheiten entwickelt (Studie 2) und die Kohärenz niedriger- (<5Hz) und hoher Frequenzen (>5Hz) der Knieextensoren vastus medialis (VM) und vastus lateralis (VL) gemessen (Studie 4). Das zweite Experiment beinhaltete eine zweiwöchige HIIT und END Intervention, bei der Parameter der kardiorespiratorischen Fitness (beispielsweise die maximale Sauerstoffaufnahme) und Parameter der Motoreinheiten des VM und VL vor- und nach der Intervention erfasst wurden (Studie 3). Die Ergebnisse bestätigen, dass HDEMG eine zuverlässige Methode zur Erkennung von Veränderungen der Motoreinheit-Aktivitäten ist, sowie zur Verfolgung der selben Motoreinheiten in verschiedenen Messungen. Wie erwartet haben HIIT und END die kardiorespiratorische Fitness gleichermaßen verbessert. Trotzdem unterscheiden sich die neuromuskulären Anpassungserscheinungen beider Trainingsinterventionen insofern, als dass durch HIIT ein signifikanter Kraftzuwachs der Knieextensoren hervorgerufen wurde, der durch eine erhöhte Entladungsrate der VM und VL Motoreinheiten und eine erhöhte HDEMG Amplitude bei größter Kraft [50 und 70% der Maximalkraft (MVC)] begleitet wurde. END hingegen bewirkte einen deutlichen Anstieg der „time to task failure“ bei niedrigeren Kraftintensitäten (30% MVC), ohne dabei die HDEMG Amplitude oder Entladungsrate zu beeinflussen. Außerdem konnten die Ergebnisse belegen, dass VM und VL einen Großteil des synaptischen Inputs teilen, da beide Muskeln eine hohe Kohärenz bei niedrigen- (<5Hz) und höheren Frequenzen (>5Hz) zeigen. Dies könnte eine mögliche Erklärung für die Ergebnisse der Trainingsintervention sein, bei der beide Muskeln ähnliche Veränderungen in der HDEMG Amplitude und der Entladungsrate vorwiesen. Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse dieser Thesis, dass HIIT und END trotz ähnlicher Verbesserungen der kardiorespiratorischen Fitness unterschiedliche Anpassungen des Verhaltens der Motoreinheiten hervorrufen. Die Ergebnisse unterstreichen, dass HIIT und END spezifische Adaptionen auslösen, die möglicherweise auf den Unterschieden von Trainingsintensität und -volumen basieren. KW - high-density surface electromyography KW - motor unit decomposition KW - motor unit tracking KW - motor unit discharge rate KW - motor unit adaptation KW - neuromuscular adaptation KW - high-intensity interval training KW - endurance training KW - Mehrkanal-Oberflächen-Elektromyographie KW - motorischer Einheiten Zersetzung KW - motorischer Einheiten Verfolgung KW - motorischer Einheiten Entladungsrate KW - motorischer Einheiten Anpassung KW - neuromuskuläre Anpassung KW - hochintensives Intervalltraining KW - Ausdauertraining Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-396383 ER - TY - THES A1 - Couturier, Jean-Philippe T1 - New inverse opal hydrogels as platform for detecting macromolecules T1 - Neue inverse Opal-Hydrogele als Plattform für die Detektion von Makromolekülen N2 - In this thesis, a route to temperature-, pH-, solvent-, 1,2-diol-, and protein-responsive sensors made of biocompatible and low-fouling materials is established. These sensor devices are based on the sensitivemodulation of the visual band gap of a photonic crystal (PhC), which is induced by the selective binding of analytes, triggering a volume phase transition. The PhCs introduced by this work show a high sensitivity not only for small biomolecules, but also for large analytes, such as glycopolymers or proteins. This enables the PhC to act as a sensor that detects analytes without the need of complex equipment. Due to their periodical dielectric structure, PhCs prevent the propagation of specific wavelengths. A change of the periodicity parameters is thus indicated by a change in the reflected wavelengths. In the case explored, the PhC sensors are implemented as periodically structured responsive hydrogels in formof an inverse opal. The stimuli-sensitive inverse opal hydrogels (IOHs) were prepared using a sacrificial opal template of monodispersed silica particles. First, monodisperse silica particles were assembled with a hexagonally packed structure via vertical deposition onto glass slides. The obtained silica crystals, also named colloidal crystals (CCs), exhibit structural color. Subsequently, the CCs templates were embedded in polymer matrix with low-fouling properties. The polymer matrices were composed of oligo(ethylene glycol) methacrylate derivatives (OEGMAs) that render the hydrogels thermoresponsive. Finally, the silica particles were etched, to produce highly porous hydrogel replicas of the CC. Importantly, the inner structure and thus the ability for light diffraction of the IOHs formed was maintained. The IOH membrane was shown to have interconnected pores with a diameter as well as interconnections between the pores of several hundred nanometers. This enables not only the detection of small analytes, but also, the detection of even large analytes that can diffuse into the nanostructured IOH membrane. Various recognition unit – analyte model systems, such as benzoboroxole – 1,2-diols, biotin – avidin and mannose – concanavalin A, were studied by incorporating functional comonomers of benzoboroxole, biotin and mannose into the copolymers. The incorporated recognition units specifically bind to certain low and highmolar mass biomolecules, namely to certain saccharides, catechols, glycopolymers or proteins. Their specific binding strongly changes the overall hydrophilicity, thus modulating the swelling of the IOH matrices, and in consequence, drastically changes their internal periodicity. This swelling is amplified by the thermoresponsive properties of the polymer matrix. The shift of the interference band gap due to the specific molecular recognition is easily visible by the naked eye (up to 150 nm shifts). Moreover, preliminary trial were attempted to detect even larger entities. Therefore anti-bodies were immobilized on hydrogel platforms via polymer-analogous esterification. These platforms incorporate comonomers made of tri(ethylene glycol) methacrylate end-functionalized with a carboxylic acid. In these model systems, the bacteria analytes are too big to penetrate into the IOH membranes, but can only interact with their surfaces. The selected model bacteria, as Escherichia coli, show a specific affinity to anti-body-functionalized hydrogels. Surprisingly in the case functionalized IOHs, this study produced weak color shifts, possibly opening a path to detect directly living organism, which will need further investigations. N2 - Periodisch strukturierte, funktionelle responsive Hydrogele wurden in Form von inversen Opalen (IOH) aufgebaut und als Basiselement für Temperatur-, pH-, lösungsmittel-, 1,2-diol- oder protein-sensitive Sensorsysteme entwickelt. Dazu wurden aus biokompatiblen Bausteinen funktionelle photonische Kristalle aufgebaut, deren optische Bandlücke durch selektive Bindung eines Analyten moduliert wird, indem dieser einen Volumen-Phasenübergang induziert.Mittels solcher responsiver photonische Kristalle ist es möglich, Analyte ohne aufwendige Geräte durch Farbänderung einfach zu detektieren. Die entwickelten Systeme zeigen nicht nur eine hohe Empfindlichkeit gegenüber kleinen Biomolekülen, sondern auch gegenüber größeren Analyten wie z.B. Glycopolymeren und Proteinen, was bisher nicht bekannt war. Die stimuli-sensitiven inversen Opal Hydrogele (IOHs) wurden in mehreren Stufen hergestellt. Als erstes wurden dafür kolloidale Kristalle mit hexagonal gepackten Strukturen aus monodispersen SiO2-Partikeln auf Glasträgern auf ebaut (“Opal”). Die Opale mit charakteristischen Strukturfarben wurden anschließend in eine polymere Hydrogelmatrix eingebettet. Diese wurde aus Oligo(ethylenglycol)methacrylaten (OEGMAs) hergestellt, so dass die Hydrogele sowohl thermosensitives als auch “lowfouling” Verhalten zeigen. Im letzten Schritt wurden die SiO2-Partikel entfernt und so eine hochporöse Hydrogel-Replika der Opale erhalten unter Erhalt deren innerer Struktur und Strukturfarbe. Die miteinander verbunden Poren der IOHMembran besitzen einen Durchmesser von einigen hundert Nanometern. Dies ermöglichte nicht nur die Detektion von kleinen Analyten, sondern auch die Detektion von deutlich größeren, makromolekularen Analyten, die ebenfalls in die Nanostrukturen der IOH Membran diffundieren können. Modellsysteme bestanden immer aus einer Erkennungsgruppe und einem Analyten, beispielsweise aus Benzoboroxol – 1,2-Diol, Biotin – Avidin und Mannose – Lectin (Concanavalin A). Für dieseModellsysteme wurden OEGMAs mitMonomeren copolymerisiert, die mit Benzoboroxol, Biotin bzw.Mannose funktionalisiert waren. Die so im Polymer eingebauten Erkennungsgruppen binden spezifisch an bestimmte Biomoleküle unterschiedlicherMolmassen, wie z.B. niedermolekulare Saccharide oder Catechin, als auch hochmolekulare Glycopolymere oder Proteine. Der spezifische Bindungsvorgang moduliert die Gesamthydrophilie, so dass sich der Quellgrad der IOH-Matrix ändert. Dies wiederrumverändert die innere Periodizität und damit die Strukturfarbe. Dabei wird der Quelleffekt durch die Thermosensitivität der Hydrogele massiv verstärkt. Eine spezifischeMolekülanbindung lässt sich so optisch, z.T. sogar mit dem Auge, erkennen aufgrund der deutlichen Verschiebung der Strukturfarbe um bis zu 150 nm. Des Weiteren wurden auch erste Versuche zur Detektion von noch größeren Analyten unternommen. Dafür wurden Antiköper durch nachträgliche Modifizierung der Polymerseitenketten auf den Hydrogeloberflächen immobilisiert. Mit diesem Modellsystem konnten unterschiedliche Bakterienarten durch Antikörper spezifisch gebunden werden. Die verwendeten Bakterienarten sind zwar zu groß, um in die Membran des IOH Systems einzudringen, können jedoch mit der IOH-Oberfläche wechselwirken. Insbesondere dasModellsystem mit Escherichia coli zeigte eine starke, spezifische Affinität zu dem Antikörper-funktionalisierten IOH. Überraschenderweise zeigte sich bei den Versuchen in Gegenwart des Analyten eine kleine Farbänderung der funktionalisierten IOH. Damit eröffnet sich u.U. dieMöglichkeit, mit solchen responsiven photonischen Kristallen auch lebende Organismen spezifisch und einfach zu detektieren, was in weiterführenden Arbeiten zu klären sein wird. KW - inverse opal KW - hydrogel KW - responsive polymer KW - inverse Opale KW - Hydrogel KW - schaltbare Polymere Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-98412 ER -