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Prediction is often regarded as a central and domain-general aspect of cognition. This proposal extends to language, where predictive processing might enable the comprehension of rapidly unfolding input by anticipating upcoming words or their semantic features. To make these predictions, the brain needs to form a representation of the predictive patterns in the environment. Predictive processing theories suggest a continuous learning process that is driven by prediction errors, but much is still to be learned about this mechanism in language comprehension. This thesis therefore combined three electroencephalography (EEG) experiments to explore the relationship between prediction and implicit learning at the level of meaning.
Results from Study 1 support the assumption that the brain constantly infers und updates probabilistic representations of the semantic context, potentially across multiple levels of complexity. N400 and P600 brain potentials could be predicted by semantic surprise based on a probabilistic estimate of previous exposure and a more complex probability representation, respectively.
Subsequent work investigated the influence of prediction errors on the update of semantic predictions during sentence comprehension. In line with error-based learning, unexpected sentence continuations in Study 2 ¬– characterized by large N400 amplitudes ¬– were associated with increased implicit memory compared to expected continuations. Further, Study 3 indicates that prediction errors not only strengthen the representation of the unexpected word, but also update specific predictions made from the respective sentence context. The study additionally provides initial evidence that the amount of unpredicted information as reflected in N400 amplitudes drives this update of predictions, irrespective of the strength of the original incorrect prediction.
Together, these results support a central assumption of predictive processing theories: A probabilistic predictive representation at the level of meaning that is updated by prediction errors. They further propose the N400 ERP component as a possible learning signal. The results also emphasize the need for further research regarding the role of the late positive ERP components in error-based learning. The continuous error-based adaptation described in this thesis allows the brain to improve its predictive representation with the aim to make better predictions in the future.
On the effects of disorder on the ability of oscillatory or directional dynamics to synchronize
(2024)
In this thesis I present a collection of publications of my work, containing analytic results and observations in numerical experiments on the effects of various inhomogeneities, on the ability of coupled oscillators to synchronize their collective dynamics. Most of these works are concerned with the effects of Gaussian and non-Gaussian noise acting on the phase of autonomous oscillators (Secs. 2.1-2.4) or on the direction of higher dimensional state vectors (Secs. 2.5,2.6). I obtain exact and approximate solutions to the non-linear equations governing the distributions of phases, or perform linear stability analysis of the uniform distribution to obtain the transition point from a completely disordered state to partial order or more complicated collective behavior. Other inhomogeneities, that can affect synchronization of coupled oscillators, are irregular, chaotic oscillations or a complex, and possibly random structure in the coupling network. In Section 2.9 I present a new method to define the phase- and frequency linear response function for chaotic oscillators. In Sections 2.4, 2.7 and 2.8 I study synchronization in complex networks of coupled oscillators. Each section in Chapter 2 - Manuscripts, is devoted to one research paper and begins with a list of the main results, a description of my contributions to the work and a short account of the scientific context, i.e. the questions and challenges which started the research and the relation of the work to my other research projects. The manuscripts in this thesis are reproductions of the arXiv versions, i.e. preprints under the creative commons licence.
Data preparation stands as a cornerstone in the landscape of data science workflows, commanding a significant portion—approximately 80%—of a data scientist's time. The extensive time consumption in data preparation is primarily attributed to the intricate challenge faced by data scientists in devising tailored solutions for downstream tasks. This complexity is further magnified by the inadequate availability of metadata, the often ad-hoc nature of preparation tasks, and the necessity for data scientists to grapple with a diverse range of sophisticated tools, each presenting its unique intricacies and demands for proficiency.
Previous research in data management has traditionally concentrated on preparing the content within columns and rows of a relational table, addressing tasks, such as string disambiguation, date standardization, or numeric value normalization, commonly referred to as data cleaning. This focus assumes a perfectly structured input table. Consequently, the mentioned data cleaning tasks can be effectively applied only after the table has been successfully loaded into the respective data cleaning environment, typically in the later stages of the data processing pipeline.
While current data cleaning tools are well-suited for relational tables, extensive data repositories frequently contain data stored in plain text files, such as CSV files, due to their adaptable standard. Consequently, these files often exhibit tables with a flexible layout of rows and columns, lacking a relational structure. This flexibility often results in data being distributed across cells in arbitrary positions, typically guided by user-specified formatting guidelines.
Effectively extracting and leveraging these tables in subsequent processing stages necessitates accurate parsing. This thesis emphasizes what we define as the “structure” of a data file—the fundamental characters within a file essential for parsing and comprehending its content. Concentrating on the initial stages of the data preprocessing pipeline, this thesis addresses two crucial aspects: comprehending the structural layout of a table within a raw data file and automatically identifying and rectifying any structural issues that might hinder its parsing. Although these issues may not directly impact the table's content, they pose significant challenges in parsing the table within the file.
Our initial contribution comprises an extensive survey of commercially available data preparation tools. This survey thoroughly examines their distinct features, the lacking features, and the necessity for preliminary data processing despite these tools. The primary goal is to elucidate the current state-of-the-art in data preparation systems while identifying areas for enhancement. Furthermore, the survey explores the encountered challenges in data preprocessing, emphasizing opportunities for future research and improvement.
Next, we propose a novel data preparation pipeline designed for detecting and correcting structural errors. The aim of this pipeline is to assist users at the initial preprocessing stage by ensuring the correct loading of their data into their preferred systems. Our approach begins by introducing SURAGH, an unsupervised system that utilizes a pattern-based method to identify dominant patterns within a file, independent of external information, such as data types, row structures, or schemata. By identifying deviations from the dominant pattern, it detects ill-formed rows. Subsequently, our structure correction system, TASHEEH, gathers the identified ill-formed rows along with dominant patterns and employs a novel pattern transformation algebra to automatically rectify errors. Our pipeline serves as an end-to-end solution, transforming a structurally broken CSV file into a well-formatted one, usually suitable for seamless loading.
Finally, we introduce MORPHER, a user-friendly GUI integrating the functionalities of both SURAGH and TASHEEH. This interface empowers users to access the pipeline's features through visual elements. Our extensive experiments demonstrate the effectiveness of our data preparation systems, requiring no user involvement. Both SURAGH and TASHEEH outperform existing state-of-the-art methods significantly in both precision and recall.
Das Anliegen der vorliegenden Arbeit ist die Vermittlung des antiken Verhältnisses zwischen Mensch und natürlicher Umgebung im Lateinunterricht sowie ein Vergleich mit der heutigen Situation. Die Ergründung jenes Verhältnisses erfolgt am Beispiel des antiken Bergbaus, eines besonders anschaulichen Feldes der Umweltgeschichte. Denn es weist ein hohes Maß an Aktualität auf sowie ein großes Potential, aus der Beschäftigung mit ihm Erkenntnisse für die Gegenwart zu gewinnen.
Vorgelegt wird eine Unterrichtskonzeption, die zugleich eine Analyse der menschlichen Naturwahrnehmung vornimmt. Zunächst wird dabei die Heterogenität dieser Wahrnehmung in der Antike aufgezeigt und in Bezug zur damals geäußerten Kritik am Bergbau gesetzt. Anschließend werden folgende Teilaspekte behandelt: 1. die antike bergbauliche Technik und Praxis, 2. die damals herrschenden Arbeitsbedingungen, 3. die gewonnenen Rohstoffe und ihre Verwendung sowie 4. die Folgen des Bergbaus für Mensch und Umwelt. Der didaktische Teil besteht aus einem Entwurf für drei Doppelstunden. Er enthält die Lehrmaterialien, die jeweiligen Erläuterungen und den Erwartungshorizont.
Das Professionswissen von Studierenden des Lehramts Primarstufe im Bereich „Haus der Vierecke“
(2024)
Die Professionalisierung angehender Lehrkräfte als bedeutende Steuerungsgröße für die Schulbildung ist eine wesentliche Aufgabe der Lehre an Universitäten. Sie stellt eine Säule des universitären Reformprojekts „PSI-Potsdam“ im Rahmen der „Qualitätsoffensive Lehrerbildung“ dar. Ziel ist die Qualitätssicherung durch Evaluation und Weiterentwicklung von Lehrveranstaltungen mithilfe von Gestaltungsprinzipien zur Vermittlung des Professionswissens.
Die vorliegende Arbeit fokussiert die Wirksamkeit der Lehrveranstaltung „Geometrie und ihre Didaktik 1 und 2“ und untersucht exemplarisch, inwiefern Studierende des Lehramts Primarstufe Mathematik das dort angestrebte Fach- und fachdidaktische Wissen zur Begriffsbildung am Beispiel des Hauses der Vierecke erlangt haben. Angemessene mentale Modelle verschiedener Vierecksarten aufzubauen und diese hierarchisch zueinander in Beziehung zu setzen, erfordert einen aktiven Prozess gemäß dem didaktischen Modell zum Lernen geometrischer Begriffe und stellt somit eine Schwierigkeit für Lernende an Schule und Universität gleichermaßen dar.
Zur Beantwortung der Forschungsfrage wurden in einer qualitativen Studie mit Mixed-Methods-Design zunächst 95 Studierende schriftlich zu ihrem Wissen hinsichtlich des genannten Themas befragt. Anschließend wurde zur Identifikation von Lernhürden und Schwierigkeiten ein Fokusgruppeninterview durchgeführt. Die Auswertung der Daten erfolgte computergestützt mittels einer qualitativen Inhaltsanalyse.
Die Ergebnisse bilden eine große Vielfalt verschiedener Kompetenzstände in allen relevanten Facetten ab. Im Rahmen der geforderten Perspektivübernahme, Ursachenfindung und modellgeleiteten Vorschlägen zu deren Vorbeugung zeigten sich insbesondere Defizite in Form von Fehlvorstellungen. Weiterhin gab es Schwierigkeiten bei der Anwendung und Integration des geforderten Professionswissens in allen betrachteten Wissenskomponenten. Hieraus werden zum einen Entwicklungsvorschläge bezüglich der Lehrveranstaltung abgeleitet, um die fachwissenschaftliche Basis der zukünftigen Lehrkräfte zu stärken. Hierunter fällt es, sensibler mit prototypischen Darstellungen umzugehen und den Begriffsaufbau bei den Studierenden zu stärken, indem unter anderem auf einer Metaebene Zusammenhänge des Hauses der Vierecke im Spiralcurriculum explizit gemacht werden. Zum anderen beziehen sich Vorschläge auf das Studiendesign, speziell den Aufbau der Befragung zur zielführenden Erhebung des fokussierten Professionswissens. Hierfür werden unter anderem eine explizite Erhebung der eigenen Vorstellungen sowie eine Umformulierung der Wissenstestaufgabe mittels Operatoren angeregt.
„Über die vergangenen Jahrzehnte wurde der Ruf nach einer nachhaltigen Entwicklung aufgrund zahlreicher globaler, die gesamte Menschheit betreffender Herausforderungen immer lauter (Kropp, 2019, S. 4).“
Bildung für nachhaltige Entwicklung (BNE) verfolgt das Ziel, Menschen dazu zu befähigen, diesen globalen Herausforderungen aktiv zu begegnen, ihre eigene Zukunft mitzugestalten sowie Verantwortung für die Zukunft nachfolgender Generationen zu übernehmen. Auch der Sachunterricht in der Grundschule sieht sich vor der Aufgabe, die Prinzipien der BNE in die schulische Praxis zu übertragen. Im Zentrum steht dabei die Frage nach geeigneten Zugängen zu diesem perspektivenvernetzenden Thema, die für die Schülerinnen und Schüler motivierend und zugleich bildungswirksam sein sollen. Einen derartigen Zugang innerhalb des Schulunterrichts kann bei angemessener Umsetzung das Imkern darstellen.
Der auf die schulische Praxis ausgerichtete Band 3 der Potsdamer Beiträge zur Innovation des Sachunterrichts präsentiert daher am Beispiel des Imkerns ein Konzept, wie im Rahmen des Sachunterrichts der Grundschule eine praktische Lerntätigkeit der Kinder im Einklang mit den Zielen, Dimensionen und Kompetenzerwartungen der Bildung für nachhaltige Entwicklung ermöglicht werden kann. Der Band richtet sich als Grundlagenwerk an alle Lehrkräfte des Sachunterrichts und dessen Bezugsfächer sowie an andere interessierte Leserinnen und Leser.
Quantified Self, die pro-aktive Selbstvermessung von Menschen, hat sich in den letzten Jahren von einer Nischenanwendung zu einem Massenphänomen entwickelt. Dabei stehen den Nutzern heute vielfältige technische Unterstützungsmöglichkeiten, beispielsweise in Form von Smartphones, Fitness-Trackern oder Gesundheitsapps zur Verfügung, welche eine annähernd lückenlose Überwachung unterschiedlicher Kontextfaktoren einer individuellen Lebenswirklichkeit erlauben.
In der Folge widmet sich diese Arbeit unter anderem der Fragestellung, inwieweit diese intensive und eigen-initiierte Beschäftigung, insbesondere mit gesundheitsbezogenen Daten, die weitgehend als objektiviert und damit belastbar gelten, die Gesundheitskompetenz derart aktiver Menschen erhöhen kann. Darüber hinaus werden Aspekte untersucht, inwieweit die neuen Technologien in der Lage sind, spezifische medizinische Erkenntnisse zu vertiefen und in der Konsequenz die daraus resultierenden Behandlungsprozesse zu verändern.
Während der Ursprung des Quantified Self im 2. Gesundheitsmarkt liegt, geht die vorliegende Arbeit der Frage nach, welche strukturellen, personellen und prozessualen Anknüpfungspunkte perspektivisch im 1. Gesundheitsmarkt existieren werden, wenn ein potentieller Patient in einer stärker emanzipierten Weise den Wunsch verspürt, oder eine entsprechende Forderung stellt, seine gesammelten Gesundheitsdaten in möglichst umfassender Form in eine medizinische Behandlung zu integrieren.
Dabei werden auf der einen Seite aktuelle Entwicklungen im 2. Gesundheitsmarkt untersucht, die gekennzeichnet sind von einer hohen Dynamik und einer großen Intransparenz. Auf der anderen Seite steht der als stark reguliert und wenig digitalisiert geltende 1. Gesundheitsmarkt mit seinen langen Entwicklungszyklen und ausgeprägten Partikularinteressen der verschiedenen Stakeholder.
In diesem Zuge werden aktuelle Entwicklungen des zugrunde liegenden Rechtsrahmens, speziell im Hinblick auf stärker patientenzentrierte und digitalisierte Normen untersucht, wobei insbesondere das Digitale Versorgung Gesetz eine wichtige Rolle einnimmt.
Ziel der Arbeit ist die stärkere Durchdringung von Wechselwirkungen an der Schnittstelle zwischen den beiden Gesundheitsmärkten in Bezug auf die Verwendung von Technologien der Selbstvermessung, um in der Folge zukünftige Geschäftspotentiale für existierende oder neu in den Markt drängende Dienstleister zu eruieren.
Als zentrale Methodik kommt hier eine Delphi-Studie zum Einsatz, die in einem interprofessionellen Ansatz versucht, ein Zukunftsbild dieser derzeit noch sehr jungen Entwicklungen für das Jahr 2030 aufzuzeigen. Eingebettet werden die Ergebnisse in die Untersuchung einer allgemeinen gesellschaftlichen Akzeptanz der skizzierten Veränderungen.
Due to their sessile lifestyle, plants are constantly exposed to pathogens and possess a multi-layered immune system that prevents infection. The first layer of immunity called pattern-triggered immunity (PTI), enables plants to recognise highly conserved molecules that are present in pathogens, resulting in immunity from non-adaptive pathogens. Adapted pathogens interfere with PTI, however the second layer of plant immunity can recognise these virulence factors resulting in a constant evolutionary battle between plant and pathogen. Xanthomonas campestris pv. vesicatoria (Xcv) is the causal agent of bacterial leaf spot disease in tomato and pepper plants. Like many Gram-negative bacteria, Xcv possesses a type-III secretion system, which it uses to translocate type-III effectors (T3E) into plant cells. Xcv has over 30 T3Es that interfere with the immune response of the host and are important for successful infection. One such effector is the Xanthomonas outer protein M (XopM) that shows no similarity to any other known protein. Characterisation of XopM and its role in virulence was the focus of this work.
While screening a tobacco cDNA library for potential host target proteins, the vesicle-associated membrane protein (VAMP)-associated protein 1-2 like (VAP12) was identified. The interaction between XopM and VAP12 was confirmed in the model species Nicotiana benthamiana and Arabidopsis as well as in tomato, a Xcv host. As plants possess multiple VAP proteins, it was determined that the interaction of XopM and VAP is isoform specific.
It could be confirmed that the major sperm protein (MSP) domain of NtVAP12 is sufficient for binding XopM and that binding can be disrupted by substituting one amino acid (T47) within this domain. Most VAP interactors have at least one FFAT (two phenylalanines [FF] in an acidic tract) related motif, screening the amino acid sequence of XopM showed that XopM has two FFAT-related motifs. Substitution of the second residue of each FFAT motif (Y61/F91) disrupts NtVAP12 binding, suggesting that these motifs cooperatively mediate this interaction. Structural modelling using AlphaFold further confirmed that the unstructured N-terminus of XopM binds NtVAP12 at its MSP domain, which was further confirmed by the generation of truncated XopM variants.
Infection of pepper leaves, with a XopM deficient Xcv strain did not result in a reduction of virulence in comparison to the Xcv wildtype, showing that the function of XopM during infection is redundant. Virus-induced gene silencing of NbVAP12 in N. benthamiana plants also did not affect Xcv virulence, which further indicated that interaction with VAP12 is also non-essential for Xcv virulence. Despite such findings, ectopic expression of wildtype XopM and XopMY61A/F91A in transgenic Arabidopsis seedlings enhanced the growth of a non-pathogenic Pseudomonas syringae pv. tomato (Pst) DC3000 strain. XopM was found to interfere with the PTI response allowing Pst growth independent of its binding to VAP. Furthermore, transiently expressed XopM could suppress reactive oxygen species (ROS; one of the earliest PTI responses) production in N. benthamiana leaves. The FFAT double mutant XopMY61A/F91A as well as the C-terminal truncation variant XopM106-519 could still suppress the ROS response while the N-terminal variant XopM1-105 did not. Suppression of ROS production is therefore independent of VAP binding. In addition, tagging the C-terminal variant of XopM with a nuclear localisation signal (NLS; NLS-XopM106-519) resulted in significantly higher ROS production than the membrane localising XopM106-519 variant, indicating that XopM-induced ROS suppression is localisation dependent.
To further characterise XopM, mass spectrometry techniques were used to identify post-translational modifications (PTM) and potential interaction partners. PTM analysis revealed that XopM contains up to 21 phosphorylation sites, which could influence VAP binding. Furthermore, proteins of the Rab family were identified as potential plant protein interaction partners. Rab proteins serve a multitude of functions including vesicle trafficking and have been previously identified as T3E host targets. Taking this into account, a model of virulence of XopM was proposed, with XopM anchoring itself to VAP proteins to potentially access plasma membrane associated proteins. XopM possibly interferes with vesicle trafficking, which in turn suppresses ROS production through an unknown mechanism.
In this work it was shown that XopM targets VAP proteins. The data collected suggests that this T3E uses VAP12 to anchor itself into the right place to carry out its function. While more work is needed to determine how XopM contributes to virulence of Xcv, this study sheds light onto how adapted pathogens overcome the immune response of their hosts. It is hoped that such knowledge will contribute to the development of crops resistant to Xcv in the future.
Efraim Frisch (1873–1942) und Albrecht Mendelssohn Bartholdy (1874–1936) waren im klassischen Zeitalter der Intellektuellen (neben anderem) Zeitschriftenentrepeneure und Gründer der kleinen Zeitschriften Der Neue Merkur (1914–1916/1919–1925) und Europäische Gespräche (1923–1933). Sie stehen (nicht nur mit ihren Zeitschriften) für einen der wiederholt in der Moderne unternommenen Versuche, die in der Aufklärung erschlossenen Ressourcen – demokratischer Republikanismus und universelle und gleiche Rechte für alle Menschen – im Vertrauen auf ihre globale Umsetzbarkeit zu aktivieren. In der Zeit der Weimarer Republik gehörten sie zu den Republikanern, „die Weimar als Symbol ernst nahmen und zäh und mutig bemüht waren, dem Ideal konkreten Inhalt zu verleihen“ (Peter Gay). Ihr bislang unüberliefert gebliebenes Beispiel fügt sich ein in die Demokratiegeschichte der europäischen Moderne, in die Geschichte internationaler Gesellschaftsbeziehungen und die Geschichte der Selbstbehauptung intellektueller Autonomie.
Die zäsurenübergreifend den Zeitraum von 1900 bis ca. 1940 untersuchende Studie ermöglicht wesentliche Einblicke in die Biografien Frischs und Mendelssohn Bartholdys, in die deutsch-französische/europäisch-transatlantische Welt der kleinen (literarisch-politischen) Zeitschriften des frühen 20. Jahrhunderts sowie in das medien-intellektuelle Feld des späten Kaiserreiches und der Weimarer Republik in seiner humanistisch-demokratisch-republikanischen Tendenz. Darüber hinaus beinhaltet sie neue Erkenntnisse zur Geschichte der ‚Heidelberger Vereinigung‘ – der Arbeitsgemeinschaft für eine Politik des Rechts – um Prinz Max von Baden, zur deutschen Friedensdelegation in Versailles 1919 und ihrem Hamburger Nachleben, zum Handbuch der Politik sowie zur ersten amtlichen Aktenpublikation des Auswärtigen Amtes – der Großen Politik der Europäischen Kabinette 1871–1914. Schließlich zu den Bemühungen der ‚Internationalists‘ der 1920er Jahre, eine effektive Ächtung des Angriffskrieges herbeizuführen.
Archive haben die Aufgabe, Wissen zu bewahren und zugänglich zu machen. Die Sammlungen des Museums für Naturkunde Berlin (MfN) wuchsen während der Zeit der europäischen Kolonialexpansion stark an. Naturalien aus der ganzen Welt gelangten nach Berlin und gleichzeitig fand ein wissenschaftlicher Austausch zu denselben statt. Die Spuren dieser Objekte und der Korrespondenzen können im Archiv des Museums nachverfolgt werden. Heute gelten koloniale Kontexte weitestgehend als Unrechtskontexte, deren Aufarbeitung gefordert wird. Um Provenienzforschung betreiben zu können, ist es daher unerlässlich, dass Museen und Archive ihre Sammlungen offenlegen (soweit rechtlich und ethisch möglich) und Außenstehenden den Zugriff ermöglichen.
Im Rahmen dieser Masterarbeit soll der respektvolle Umgang mit Archivgut aus kolonialen Kontexten kritisch reflektiert und Handlungsfelder für einen kulturell angemessenen Umgang mit sensiblen Inhalten aufgezeigt werden. Konkret beziehen sich die Handlungsoptionen auf Archivgut aus kolonialen Kontexten mit Bezug zu Australien. Dabei werden Provenienzforschung, Sensibilität, Mehrsprachigkeit, indigenes kulturelles Wissen (ICIP) sowie Plattform- und Schnittstellenoptionen für die Vernetzung von Daten und Inhalten bedacht. Ziel ist es, vor dem Hintergrund der Archive als Orte kulturellen Gedächtnisses den Umgang mit Archivgut aus kolonialen Kontexten zu reflektieren.