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HPI Future SOC Lab
(2014)
The “HPI Future SOC Lab” is a cooperation of the Hasso-Plattner-Institut (HPI) and industrial partners. Its mission is to enable and promote exchange and interaction between the research community and the industrial partners. The HPI Future SOC Lab provides researchers with free of charge access to a complete infrastructure of state of the art hard- and software. This infrastructure includes components, which might be too expensive for an ordinary research environment, such as servers with up to 64 cores. The offerings address researchers particularly from but not limited to the areas of computer science and business information systems. Main areas of research include cloud computing, parallelization, and In-Memory technologies. This technical report presents results of research projects executed in 2013. Selected projects have presented their results on April 10th and September 24th 2013 at the Future SOC Lab Day events.
Synchronisationsphänomene myotendinöser Oszillationen interagierender neuromuskulärer Systeme
(2014)
Muskeln oszillieren nachgewiesener Weise mit einer Frequenz um 10 Hz. Doch was geschieht mit myofaszialen Oszillationen, wenn zwei neuromuskuläre Systeme interagieren? Die Dissertation widmet sich dieser Fragestellung bei isometrischer Interaktion. Während der Testmessungen ergaben sich Hinweise für das Vorhandensein von möglicherweise zwei verschiedenen Formen der Isometrie. Arbeiten zwei Personen isometrisch gegeneinander, können subjektiv zwei Modi eingenommen werden: man kann entweder isometrisch halten – der Kraft des Partners widerstehen – oder isometrisch drücken – gegen den isometrischen Widerstand des Partners arbeiten. Daher wurde zusätzlich zu den Messungen zur Interaktion zweier Personen an einzelnen Individuen geprüft, ob möglicherweise zwei Formen der Isometrie existieren. Die Promotion besteht demnach aus zwei inhaltlich und methodisch getrennten Teilen: I „Single-Isometrie“ und II „Paar-Isometrie“. Für Teil I wurden mithilfe eines pneumatisch betriebenen Systems die hypothetischen Messmodi Halten und Drücken während isometrischer Aktion untersucht. Bei n = 10 Probanden erfolgte parallel zur Aufzeichnung des Drucksignals während der Messungen die Erfassung der Kraft (DMS) und der Beschleunigung sowie die Aufnahme der mechanischen Muskeloszillationen folgender myotendinöser Strukturen via Mechanomyo- (MMG) bzw. Mechanotendografie (MTG): M. triceps brachii (MMGtri), Trizepssehne (MTGtri), M. obliquus externus abdominis (MMGobl). Pro Proband wurden bei 80 % der MVC sowohl sechs 15-Sekunden-Messungen (jeweils drei im haltenden bzw. drückenden Modus; Pause: 1 Minute) als auch vier Ermüdungsmessungen (jeweils zwei im haltenden bzw. drückenden Modus; Pause: 2 Minuten) durchgeführt. Zum Vergleich der Messmodi Halten und Drücken wurden die Amplituden der myofaszialen Oszillationen sowie die Kraftausdauer herangezogen. Signifikante Unterschiede zwischen dem haltenden und dem drückenden Modus zeigten sich insbesondere im Bereich der Ermüdungscharakteristik. So lassen Probanden im haltenden Modus signifikant früher nach als im drückenden Modus (t(9) = 3,716; p = .005). Im drückenden Modus macht das längste isometrische Plateau durchschnittlich 59,4 % der Gesamtdauer aus, im haltenden sind es 31,6 % (t(19) = 5,265, p = .000). Die Amplituden der Single-Isometrie-Messungen unterscheiden sich nicht signifikant. Allerdings variieren die Amplituden des MMGobl zwischen den Messungen im drückenden Modus signifikant stärker als im haltenden Modus. Aufgrund dieser teils signifikanten Unterschiede zwischen den beiden Messmodi wurde dieses Setting auch im zweiten Teil „Paar-Isometrie“ berücksichtigt. Dort wurden n = 20 Probanden – eingeteilt in zehn gleichgeschlechtliche Paare – während isometrischer Interaktion untersucht. Die Sensorplatzierung erfolgte analog zu Teil I. Die Oszillationen der erfassten MTG- sowie MMG-Signale wurden u.a. mit Algorithmen der Nichtlinearen Dynamik auf ihre Kohärenz hin untersucht. Durch die Paar-Isometrie-Messungen zeigte sich, dass die Muskeln und die Sehnen beider neuromuskulärer Systeme bei Interaktion im bekannten Frequenzbereich von 10 Hz oszillieren. Außerdem waren sie in der Lage, sich bei Interaktion so aufeinander abzustimmen, dass sich eine signifikante Kohärenz entwickelte, die sich von Zufallspaarungen signifikant unterscheidet (Patchanzahl: t(29) = 3,477; p = .002; Summe der 4 längsten Patches: t(29) = 7,505; p = .000). Es wird der Schluss gezogen, dass neuromuskuläre Komplementärpartner in der Lage sind, sich im Sinne kohärenten Verhaltens zu synchronisieren. Bezüglich der Parameter zur Untersuchung der möglicherweise vorhandenen zwei Formen der Isometrie zeigte sich bei den Paar-Isometrie-Messungen zwischen Halten und Drücken ein signifikanter Unterschied bei der Ermüdungscharakteristik sowie bezüglich der Amplitude der MMGobl. Die Ergebnisse beider Teilstudien bestärken die Hypothese, dass zwei Formen der Isometrie existieren. Fraglich ist, ob man überhaupt von Isometrie sprechen kann, da jede isometrische Muskelaktion aus feinen Oszillationen besteht, die eine per Definition postulierte Isometrie ausschließen. Es wird der Vorschlag unterbreitet, die Isometrie durch den Begriff der Homöometrie auszutauschen. Die Ergebnisse der Paar-Isometrie-Messungen zeigen u.a., dass neuromuskuläre Systeme in der Lage sind, ihre myotendinösen Oszillationen so aufeinander abzustimmen, dass kohärentes Verhalten entsteht. Es wird angenommen, dass hierzu beide neuromuskulären Systeme funktionell intakt sein müssen. Das Verfahren könnte für die Diagnostik funktioneller Störungen relevant werden.
„Zur Freiheit bestimmt“
(2014)
Im Zentrum des Beitrags von Frank Holl steht die Frage nach Humboldts Menschenbild und seiner Sicht auf die Kulturen der Welt. Der Autor sieht seinen Aufsatz als Weiterführung und Ergänzung der Auseinandersetzung mit der Initiative „NoHumboldt21“. Er geht zunächst auf Humboldts Sicht auf die amerikanischen Kulturen ein, die stark mit seiner Kritik am europäischen Kolonialismus und an der Sklaverei verbunden ist. Dann wirft er einen Blick auf Humboldts Sicht auf andere Kulturen der Welt und erläutert letztendlich sein Verhältnis zu den Juden.
Du Mexique à l‘Oural
(2014)
Auf welche Weise sich unsere Einschätzung des wissenschaftlichen Wirkens Alexander von Humboldts auf Grundlage der beständig voranschreitenden Erschließung seiner Handschriften verändern konnte und welche aktuellen wissenschaftshistorischen Fragestellungen dadurch aufgeworfen wurden, verdeutlicht Oliver Schwarz an Beispielen aus der Astronomie.
Friedrich Wilhelm III., seit 1797 König von Preußen, garantierte am 19. November 1805 dem 36-jährigen Humboldt eine Pension von jährlich 2.500 Talern. Nur wenige Tage danach ernannte er ihn zu seinem Kammerherrn. Was Humboldt nicht ahnen konnte war, dass dieser Dienst 54 Jahre währen sollte. Bärbel Holtz beschreibt die bisher wenig untersuchte Beziehung des Monarchen zum Forschungsreisenden.
Preußens Mann in Washington
(2014)
Der Diplomat und preußische Gesandte in Washington, Friedrich von Gerolt, versorgte Humboldt während der 1840er und 1850er Jahre mit Informationen über die politischen und geistigen Entwicklungen auf dem nordamerikanischen Kontinent. Humboldt seinerseits förderte in Berlin Gerolts Karriere und protegierte ihn bei Hofe. In den von Ulrich Päßler vorgestellten Briefen aus den Jahren 1858/59 spricht Gerolt einige Entwicklungen in den Vereinigten Staaten an, die deren (geo-)politische Stellung in der Welt entscheidend prägen sollten.
Friedrich Wilhelm IV. wollte den preußischen Staat nach seiner Thronbesteigung auch auf den Gebieten der Kultur und Wissenschaft modernisieren. Bedeutende Persönlichkeiten wurden nach Berlin geholt. In vielen dieser Berufungsangelegenheiten kam Alexander von Humboldts Einfluss zum Tragen. Zu den Koryphäen, die von Bayern nach Preußen gelockt wurden, gehörte auch der Dichter und Orientalist Friedrich Rückert. Ulrike Leitner veranschaulicht in Ihrem Aufsatz Rückerts Berufung nach Berlin und präsentiert in diesem Kontext zwei Briefe.
Gegenstand des Aufsatzes von Manfred Ringmacher sind zwei Briefe auf Guaraní in Alexander von Humboldts Handschrift. Die Originale der Abschriften wurden im Jahr 1800 in der ehemals jesuitisch betreuten Indianersiedlung Santa María la Mayor am Río Uruguay geschrieben und an den Vizekönig des spanischen Vizekönigreichs La Plata gesandt. Sie sind mit einer zeitgenössischen spanischen Übersetzung versehen; außerdem hat Alexander von Humboldt in französischer Sprache noch einige Erläuterungen gegeben.
Über die Autoren
(2014)
Durch die immer stärker werdende Flut an digitalen Informationen basieren immer mehr Anwendungen auf der Nutzung von kostengünstigen Cloud Storage Diensten. Die Anzahl der Anbieter, die diese Dienste zur Verfügung stellen, hat sich in den letzten Jahren deutlich erhöht. Um den passenden Anbieter für eine Anwendung zu finden, müssen verschiedene Kriterien individuell berücksichtigt werden. In der vorliegenden Studie wird eine Auswahl an Anbietern etablierter Basic Storage Diensten vorgestellt und miteinander verglichen. Für die Gegenüberstellung werden Kriterien extrahiert, welche bei jedem der untersuchten Anbieter anwendbar sind und somit eine möglichst objektive Beurteilung erlauben. Hierzu gehören unter anderem Kosten, Recht, Sicherheit, Leistungsfähigkeit sowie bereitgestellte Schnittstellen. Die vorgestellten Kriterien können genutzt werden, um Cloud Storage Anbieter bezüglich eines konkreten Anwendungsfalles zu bewerten.
摘要。哈索•普拉特纳研究院 (HPI) 的新型互动在线教育平台 openHPI (https://openHPI.de) 可以为从事信息技术和信息学领域内容的工作和感兴趣的学员提供可自由访问的、免费的在线课程。与斯坦福大学于 2011 年首推,之后也在美国其他精英大学提供的“网络公开群众课”(简称 MOOC)一样,openHPI 同样在互联网中提供学习视频和阅读材料,其中综合了支持学习的自我测试、家庭作业和社交讨论论坛,并刺激对促进学习的虚拟学习团队的培训。与“传统的”讲座平台,比如 tele-TASK 平台 (http://www.tele-task.de) 不同(在该平台中,可调用以多媒体方式记录的和已准备好的讲座),openHPI 提供的是按教学法准备的在线课程。这些课程的开始时间固定,之后在连续六个课程周稳定的提供以多媒体方式准备的、尽可能可以互动的学习材料。每周讲解课程主题的一章。为此在该周开始前会准备一系列学习视频、文字、自我测试和家庭作业材料,课程学员在该周将精力用于处理这些内容。这些计划与一个社交讨论平台相结合,学员在该平台上可以与课程导师和其他学员交换意见、解答问题和讨论更多主题。当然,学员可以自己决定学习活动的类型和范围。他们可以为课程作出自己的贡献,比如在论坛中引用博文或推文。之后其他学员可以评论、讨论或自己扩展这些博文或推文。这样学员、教师和提供的学习内容就在一个虚拟的团体中与社交学习网络相互结合起来。
Design and Implementation of service-oriented architectures imposes a huge number of research questions from the fields of software engineering, system analysis and modeling, adaptability, and application integration. Component orientation and web services are two approaches for design and realization of complex web-based system. Both approaches allow for dynamic application adaptation as well as integration of enterprise application. Commonly used technologies, such as J2EE and .NET, form de facto standards for the realization of complex distributed systems. Evolution of component systems has lead to web services and service-based architectures. This has been manifested in a multitude of industry standards and initiatives such as XML, WSDL UDDI, SOAP, etc. All these achievements lead to a new and promising paradigm in IT systems engineering which proposes to design complex software solutions as collaboration of contractually defined software services. Service-Oriented Systems Engineering represents a symbiosis of best practices in object-orientation, component-based development, distributed computing, and business process management. It provides integration of business and IT concerns. The annual Ph.D. Retreat of the Research School provides each member the opportunity to present his/her current state of their research and to give an outline of a prospective Ph.D. thesis. Due to the interdisciplinary structure of the Research Scholl, this technical report covers a wide range of research topics. These include but are not limited to: Self-Adaptive Service-Oriented Systems, Operating System Support for Service-Oriented Systems, Architecture and Modeling of Service-Oriented Systems, Adaptive Process Management, Services Composition and Workflow Planning, Security Engineering of Service-Based IT Systems, Quantitative Analysis and Optimization of Service-Oriented Systems, Service-Oriented Systems in 3D Computer Graphics sowie Service-Oriented Geoinformatics.
Permafrost, defined as ground that is frozen for at least two consecutive years, is a distinct feature of the terrestrial unglaciated Arctic. It covers approximately one quarter of the land area of the Northern Hemisphere (23,000,000 km²). Arctic landscapes, especially those underlain by permafrost, are threatened by climate warming and may degrade in different ways, including active layer deepening, thermal erosion, and development of rapid thaw features. In Siberian and Alaskan late Pleistocene ice-rich Yedoma permafrost, rapid and deep thaw processes (called thermokarst) can mobilize deep organic carbon (below 3 m depth) by surface subsidence due to loss of ground ice. Increased permafrost thaw could cause a feedback loop of global significance if its stored frozen organic carbon is reintroduced into the active carbon cycle as greenhouse gases, which accelerate warming and inducing more permafrost thaw and carbon release. To assess this concern, the major objective of the thesis was to enhance the understanding of the origin of Yedoma as well as to assess the associated organic carbon pool size and carbon quality (concerning degradability). The key research questions were:
- How did Yedoma deposits accumulate?
- How much organic carbon is stored in the Yedoma region?
- What is the susceptibility of the Yedoma region's carbon for future decomposition?
To address these three research questions, an interdisciplinary approach, including detailed field studies and sampling in Siberia and Alaska as well as methods of sedimentology, organic biogeochemistry, remote sensing, statistical analyses, and computational modeling were applied. To provide a panarctic context, this thesis additionally includes results both from a newly compiled northern circumpolar carbon database and from a model assessment of carbon fluxes in a warming Arctic.
The Yedoma samples show a homogeneous grain-size composition. All samples were poorly sorted with a multi-modal grain-size distribution, indicating various (re-) transport processes. This contradicts the popular pure loess deposition hypothesis for the origin of Yedoma permafrost. The absence of large-scale grinding processes via glaciers and ice sheets in northeast Siberian lowlands, processes which are necessary to create loess as material source, suggests the polygenetic origin of Yedoma deposits.
Based on the largest available data set of the key parameters, including organic carbon content, bulk density, ground ice content, and deposit volume (thickness and coverage) from Siberian and Alaskan study sites, this thesis further shows that deep frozen organic carbon in the Yedoma region consists of two distinct major reservoirs, Yedoma deposits and thermokarst deposits (formed in thaw-lake basins). Yedoma deposits contain ~80 Gt and thermokarst deposits ~130 Gt organic carbon, or a total of ~210 Gt. Depending on the approach used for calculating uncertainty, the range for the total Yedoma region carbon store is ±75 % and ±20 % for conservative single and multiple bootstrapping calculations, respectively. Despite the fact that these findings reduce the Yedoma region carbon pool by nearly a factor of two compared to previous estimates, this frozen organic carbon is still capable of inducing a permafrost carbon feedback to climate warming. The complete northern circumpolar permafrost region contains between 1100 and 1500 Gt organic carbon, of which ~60 % is perennially frozen and decoupled from the short-term carbon cycle.
When thawed and reintroduced into the active carbon cycle, the organic matter qualities become relevant. Furthermore, results from investigations into Yedoma and thermokarst organic matter quality studies showed that Yedoma and thermokarst organic matter exhibit no depth-dependent quality trend. This is evidence that after freezing, the ancient organic matter is preserved in a state of constant quality. The applied alkane and fatty-acid-based biomarker proxies including the carbon-preference and the higher-land-plant-fatty-acid indices show a broad range of organic matter quality and thus no significantly different qualities of the organic matter stored in thermokarst deposits compared to Yedoma deposits. This lack of quality differences shows that the organic matter biodegradability depends on different decomposition trajectories and the previous decomposition/incorporation history. Finally, the fate of the organic matter has been assessed by implementing deep carbon pools and thermokarst processes in a permafrost carbon model. Under various warming scenarios for the northern circumpolar permafrost region, model results show a carbon release from permafrost regions of up to ~140 Gt and ~310 Gt by the years 2100 and 2300, respectively. The additional warming caused by the carbon release from newly-thawed permafrost contributes 0.03 to 0.14°C by the year 2100. The model simulations predict that a further increase by the 23rd century will add 0.4°C to global mean surface air temperatures.
In conclusion, Yedoma deposit formation during the late Pleistocene was dominated by water-related (alluvial/fluvial/lacustrine) as well as aeolian processes under periglacial conditions. The circumarctic permafrost region, including the Yedoma region, contains a substantial amount of currently frozen organic carbon. The carbon of the Yedoma region is well-preserved and therefore available for decomposition after thaw. A missing quality-depth trend shows that permafrost preserves the quality of ancient organic matter. When the organic matter is mobilized by deep degradation processes, the northern permafrost region may add up to 0.4°C to the global warming by the year 2300.
Dimensional psychiatry
(2014)
A dimensional approach in psychiatry aims to identify core mechanisms of mental disorders across nosological boundaries.
We compared anticipation of reward between major psychiatric disorders, and investigated whether reward anticipation is impaired in several mental disorders and whether there is a common psychopathological correlate (negative mood) of such an impairment.
We used functional magnetic resonance imaging (fMRI) and a monetary incentive delay (MID) task to study the functional correlates of reward anticipation across major psychiatric disorders in 184 subjects, with the diagnoses of alcohol dependence (n = 26), schizophrenia (n = 44), major depressive disorder (MDD, n = 24), bipolar disorder (acute manic episode, n = 13), attention deficit/hyperactivity disorder (ADHD, n = 23), and healthy controls (n = 54). Subjects' individual Beck Depression Inventory-and State-Trait Anxiety Inventory-scores were correlated with clusters showing significant activation during reward anticipation.
During reward anticipation, we observed significant group differences in ventral striatal (VS) activation: patients with schizophrenia, alcohol dependence, and major depression showed significantly less ventral striatal activation compared to healthy controls. Depressive symptoms correlated with dysfunction in reward anticipation regardless of diagnostic entity. There was no significant correlation between anxiety symptoms and VS functional activation.
Our findings demonstrate a neurobiological dysfunction related to reward prediction that transcended disorder categories and was related to measures of depressed mood. The findings underline the potential of a dimensional approach in psychiatry and strengthen the hypothesis that neurobiological research in psychiatric disorders can be targeted at core mechanisms that are likely to be implicated in a range of clinical entities.
Diffusion of finite-size particles in two-dimensional channels with random wall configurations
(2014)
Diffusion of chemicals or tracer molecules through complex systems containing irregularly shaped channels is important in many applications. Most theoretical studies based on the famed Fick–Jacobs equation focus on the idealised case of infinitely small particles and reflecting boundaries. In this study we use numerical simulations to consider the transport of finite-size particles through asymmetrical two-dimensional channels. Additionally, we examine transient binding of the molecules to the channel walls by applying sticky boundary conditions. We consider an ensemble of particles diffusing in independent channels, which are characterised by common structural parameters. We compare our results for the long-time effective diffusion coefficient with a recent theoretical formula obtained by Dagdug and Pineda [J. Chem. Phys., 2012, 137, 024107].
Dysphagieforum
(2014)