Filtern
Volltext vorhanden
- ja (84) (entfernen)
Erscheinungsjahr
- 2006 (84) (entfernen)
Dokumenttyp
- Dissertation (84) (entfernen)
Schlagworte
- Nichtlineare Dynamik (3)
- Polyelektrolyt (3)
- Ackerschmalwand (2)
- Adhäsion (2)
- Angewandte Sozialpsychologie (2)
- Aufmerksamkeit (2)
- Erwerbsalter (2)
- Insekten (2)
- Klimatologie (2)
- Kognition (2)
Institut
- Institut für Physik und Astronomie (17)
- Institut für Biochemie und Biologie (15)
- Institut für Chemie (11)
- Department Psychologie (8)
- Extern (5)
- Institut für Informatik und Computational Science (5)
- Department Erziehungswissenschaft (4)
- Institut für Ernährungswissenschaft (4)
- Institut für Mathematik (4)
- Department Linguistik (3)
This study introduces a method for multiparallel analysis of small organic compounds in the unicellular green alga Chlamydomonas reinhardtii, one of the premier model organisms in cell biology. The comprehensive study of the changes of metabolite composition, or metabolomics, in response to environmental, genetic or developmental signals is an important complement of other functional genomic techniques in the effort to develop an understanding of how genes, proteins and metabolites are all integrated into a seamless and dynamic network to sustain cellular functions. The sample preparation protocol was optimized to quickly inactivate enzymatic activity, achieve maximum extraction capacity and process large sample quantities. As a result of the rapid sampling, extraction and analysis by gas chromatography coupled to time-of-flight mass spectrometry (GC-TOF) more than 800 analytes from a single sample can be measured, of which over a 100 could be positively identified. As part of the analysis of GC-TOF raw data, aliquot ratio analysis to systematically remove artifact signals and tools for the use of principal component analysis (PCA) on metabolomic datasets are proposed. Cells subjected to nitrogen (N), phosphorus (P), sulfur (S) or iron (Fe) depleted growth conditions develop highly distinctive metabolite profiles with metabolites implicated in many different processes being affected in their concentration during adaptation to nutrient deprivation. Metabolite profiling allowed characterization of both specific and general responses to nutrient deprivation at the metabolite level. Modulation of the substrates for N-assimilation and the oxidative pentose phosphate pathway indicated a priority for maintaining the capability for immediate activation of N assimilation even under conditions of decreased metabolic activity and arrested growth, while the rise in 4-hydroxyproline in S deprived cells could be related to enhanced degradation of proteins of the cell wall. The adaptation to sulfur deficiency was analyzed with greater temporal resolution and responses of wild-type cells were compared with mutant cells deficient in SAC1, an important regulator of the sulfur deficiency response. Whereas concurrent metabolite depletion and accumulation occurs during adaptation to S deprivation in wild-type cells, the sac1 mutant strain is characterized by a massive incapability to sustain many processes that normally lead to transient or permanent accumulation of the levels of certain metabolites or recovery of metabolite levels after initial down-regulation. For most of the steps in arginine biosynthesis in Chlamydomonas mutants have been isolated that are deficient in the respective enzyme activities. Three strains deficient in the activities of N-acetylglutamate-5-phosphate reductase (arg1), N2 acetylornithine-aminotransferase (arg9), and argininosuccinate lyase (arg2), respectively, were analyzed with regard to activation of endogenous arginine biosynthesis after withdrawal of externally supplied arginine. Enzymatic blocks in the arginine biosynthetic pathway could be characterized by precursor accumulation, like the amassment of argininosuccinate in arg2 cells, and depletion of intermediates occurring downstream of the enzymatic block, e.g. N2-acetylornithine, ornithine, and argininosuccinate depletion in arg9 cells. The unexpected finding of substantial levels of the arginine pathway intermediates N-acetylornithine, citrulline, and argininosuccinate downstream the enzymatic block in arg1 cells provided an explanation for the residual growth capacity of these cells in the absence of external arginine sources. The presence of these compounds, together with the unusual accumulation of N-Acetylglutamate, the first intermediate that commits the glutamate backbone to ornithine and arginine biosynthesis, in arg1 cells suggests that alternative pathways, possibly involving the activity of ornithine aminotransferase, may be active when the default reaction sequence to produce ornithine via acetylation of glutamate is disabled.
In view of the importance of charge storage in polymer electrets for electromechanical transducer applications, the aim of this work is to contribute to the understanding of the charge-retention mechanisms. Furthermore, we will try to explain how the long-term storage of charge carriers in polymeric electrets works and to identify the probable trap sites. Charge trapping and de-trapping processes were investigated in order to obtain evidence of the trap sites in polymeric electrets. The charge de-trapping behavior of two particular polymer electrets was studied by means of thermal and optical techniques. In order to obtain evidence of trapping or de-trapping, charge and dipole profiles in the thickness direction were also monitored. In this work, the study was performed on polyethylene terephthalate (PETP) and on cyclic-olefin copolymers (COCs). PETP is a photo-electret and contains a net dipole moment that is located in the carbonyl group (C = O). The electret behavior of PETP arises from both the dipole orientation and the charge storage. In contrast to PETP, COCs are not photo-electrets and do not exhibit a net dipole moment. The electret behavior of COCs arises from the storage of charges only. COC samples were doped with dyes in order to probe their internal electric field. COCs show shallow charge traps at 0.6 and 0.11 eV, characteristic for thermally activated processes. In addition, deep charge traps are present at 4 eV, characteristic for optically stimulated processes. PETP films exhibit a photo-current transient with a maximum that depends on the temperature with an activation energy of 0.106 eV. The pair thermalization length (rc) calculated from this activation energy for the photo-carrier generation in PETP was estimated to be approx. 4.5 nm. The generated photo-charge carriers can recombine, interact with the trapped charge, escape through the electrodes or occupy an empty trap. PETP possesses a small quasi-static pyroelectric coefficient (QPC): ~0.6 nC/(m²K) for unpoled samples, ~60 nC/(m²K) for poled samples and ~60 nC/(m²K) for unpoled samples under an electric bias (E ~10 V/µm). When stored charges generate an internal electric field of approx. 10 V/µm, they are able to induce a QPC comparable to that of the oriented dipoles. Moreover, we observe charge-dipole interaction. Since the raw data of the QPC-experiments on PETP samples is noisy, a numerical Fourier-filtering procedure was applied. Simulations show that the data analysis is reliable when the noise level is up to 3 times larger than the calculated pyroelectric current for the QPC. PETP films revealed shallow traps at approx. 0.36 eV during thermally-stimulated current measurements. These energy traps are associated with molecular dipole relaxations (C = O). On the other hand, photo-activated measurements yield deep charge traps at 4.1 and 5.2 eV. The observed wavelengths belong to the transitions in PETP that are analogous to the π - π* benzene transitions. The observed charge de-trapping selectivity in the photocharge decay indicates that the charge detrapping is from a direct photon-charge interaction. Additionally, the charge de-trapping can be facilitated by photo-exciton generation and the interaction of the photo-excitons with trapped charge carriers. These results indicate that the benzene rings (C6H4) and the dipolar groups (C = O) can stabilize and share an extra charge carrier in a chemical resonance. In this way, this charge could be de-trapped in connection with the photo-transitions of the benzene ring and with the dipole relaxations. The thermally-activated charge release shows a difference in the trap depth to its optical counterpart. This difference indicates that the trap levels depend on the de-trapping process and on the chemical nature of the trap site. That is, the processes of charge detrapping from shallow traps are related to secondary forces. The processes of charge de-trapping from deep traps are related to primary forces. Furthermore, the presence of deep trap levels causes the stability of the charge for long periods of time.
Balance ist als die koordinative Fähigkeit anzusehen, die am meisten durch das Sinnes- und Nervensystem determiniert ist. Damit könnte sie als Indikator für Funktionseinschränkungen des Nervensystems - etwa bei Lernstörungen - von Wert sein. Aussagen über Zusammenhänge zwischen Balance und Kognition werden vielfach diskutiert, sind jedoch noch nicht hinreichend wissenschaftlich gesichert. Hieraus wird die zentrale Zielstellung der Arbeit abgeleitet, das Wissen über somatische und psychische Determinanten von Balance zu erweitern. Betrachtet werden daher bei Vorschulkindern mögliche Zusammenhänge mit dem Geschlecht, mit den anthropometrischen Parametern Körperhöhe und Fußgröße, mit Statikstörungen des Beckens und der Intelligenzleistung. An der Studie nahmen insgesamt 201 drei- bzw. vierjährige Kinder sowie 148 fünf- bzw. sechsjährige Kinder teil. Die Balancefähigkeit wurde mit Hilfe einer Kraftmomentenplattform sowie eines klinischen Tests erfasst und mit anthropometrischen Parametern, qualitativen statischen Befunden bzw. den Ergebnissen des BIVA-Intelligenztests nach SCHAARSCHMIDT verglichen. Für die Auswertung der Balanceparameter wurden sowohl lineare als auch nichtlineare Verfahren eingesetzt, die zum Teil gegenläufige Trends in Bezug auf Zusammenhänge lieferten. Im Ergebnis konnte ein starker Einfluss des Geschlechts nachgewiesen werden. Mädchen zeigten eine bessere Balanceleistung als Jungen sowohl bei 3-Jährigen als auch bei 6-Jährigen. Dies wird als Beleg für den geschlechtsspezifischen Vorsprung der sensomotorischen Entwicklung bei den Mädchen im Alter von 3 bis 6 Jahren angesehen. Außerdem gab es einige Hinweise auf einen Zusammenhang mit der Körperhöhe bzw. Fußlänge. Ein Zusammenhang mit den Umstellungen des ersten Gestaltwandels wird vermutet. Die Daten sprechen für einen statistisch schwachen Einfluss von Störungen der Beckenstatik (Beckenverwringung) auf die Balance bei den Kindern. Es wird vermutet, dass die Verrechnung Balance relevanter Inputs durch nozizeptive Impulse beeinträchtig werden kann. Dies könnte Anlass sein, diesen Aspekt bei Funktionsstörungen mit zu berücksichtigen. Signifikante Zusammenhänge mit Ergebnissen des BIVA-Intelligenztests konnten kaum gefunden werden. Allerdings fallen überzufällig viele Mittelwertvergleiche in Richtung der Hypothese aus, erreichen jedoch nicht Signifikanzniveau. Dies könnte ein Hinweis auf einen schwachen Zusammenhang darstellen, der jedoch mit einer größeren Gruppe noch bestätigt werden müsste. Weitere Forschung auf diesem Gebiet ist erforderlich. Sollte hinreichende Evidenz erreicht werden können, so könnte in der Förderung koordinativer Fähigkeiten und insbesondere der posturalen Balance eine wichtige pädagogische Reserve liegen.
Semantische Repräsentation, obligatorische Aktivierung und verbale Produktion arithmetischer Fakten
(2006)
Die vorliegende Arbeit widmet sich der Repräsentation und Verarbeitung arithmetischer Fakten. Dieser Bereich semantischen Wissens eignet sich unter anderem deshalb besonders gut als Forschungsgegenstand, weil nicht nur seine einzelne Bestandteile, sondern auch die Beziehungen dieser Bestandteile untereinander außergewöhnlich gut definierbar sind. Kognitive Modelle können also mit einem Grad an Präzision entwickelt werden, der in anderen Bereichen kaum je zu erreichen sein wird. Die meisten aktuellen Modelle stimmen darin überein, die Repräsentation arithmetischer Fakten als eine assoziative, netzwerkartig organisierte Struktur im deklarativen Gedächtnis zu beschreiben. Trotz dieser grundsätzlichen Übereinstimmung bleibt eine Reihe von Fragen offen. In den hier vorgestellten Untersuchungen werden solche offene Fragen in Hinsicht auf drei verschiedene Themenbereiche angegangen: 1) die neuroanatomischen Korrelate 2) Nachbarschaftskonsistenzeffekte bei der verbalen Produktion sowie 3) die automatische Aktivierung arithmetischer Fakten. In einer kombinierten fMRT- und Verhaltensstudie wurde beispielsweise der Frage nachgegangen, welche neurofunktionalen Entsprechungen es für den Erwerb arithmetischer Fakten bei Erwachsenen gibt. Den Ausgangspunkt für diese Untersuchung bildete das Triple-Code-Modell von Dehaene und Cohen, da es als einziges auch Aussagen über neuroanatomische Korrelate numerischer Leistungen macht. Das Triple-Code-Modell geht davon aus, dass zum Abruf arithmetischer Fakten eine „perisylvische“ Region der linken Hemisphäre unter Einbeziehung der Stammganglien sowie des Gyrus angularis nötig ist (Dehaene & Cohen, 1995; Dehaene & Cohen, 1997; Dehaene, Piazza, Pinel, & Cohen, 2003). In der aktuellen Studie sollten gesunde Erwachsene komplexe Multiplikationsaufgaben etwa eine Woche lang intensiv üben, so dass ihre Beantwortung immer mehr automatisiert erfolgt. Die Lösung dieser geübten Aufgaben sollte somit – im Gegensatz zu vergleichbaren ungeübten Aufgaben – immer stärker auf Faktenabruf als auf der Anwendung von Prozeduren und Strategien beruhen. Hingegen sollten ungeübte Aufgaben im Vergleich zu geübten höhere Anforderungen an exekutive Funktionen einschließlich des Arbeitsgedächtnisses stellen. Nach dem Training konnten die Teilnehmer – wie erwartet – geübte Aufgaben deutlich schneller und sicherer beantworten als ungeübte. Zusätzlich wurden sie auch im Magnetresonanztomografen untersucht. Dabei konnte zunächst bestätigt werden, dass das Lösen von Multiplikationsaufgaben allgemein von einem vorwiegend linkshemisphärischen Netzwerk frontaler und parietaler Areale unterstützt wird. Das wohl wichtigste Ergebnis ist jedoch eine Verschiebung der Hirnaktivierungen von eher frontalen Aktivierungsmustern zu einer eher parietalen Aktivierung und innerhalb des Parietallappens vom Sulcus intraparietalis zum Gyrus angularis bei den geübten im Vergleich zu den ungeübten Aufgaben. So wurde die zentrale Bedeutung von Arbeitsgedächtnis- und Planungsleistungen für komplexe ungeübte Rechenaufgaben erneut herausgestellt. Im Sinne des Triple-Code-Modells könnte die Verschiebung innerhalb des Parietallappens auf einen Wechsel von quantitätsbasierten Rechenleistungen (Sulcus intraparietalis) zu automatisiertem Faktenabruf (linker Gyrus angularis) hindeuten. Gibt es bei der verbalen Produktion arithmetischer Fakten Nachbarschaftskonsistenzeffekte ähnlich zu denen, wie sie auch in der Sprachverarbeitung beschrieben werden? Solche Effekte sind nach dem aktuellen „Dreiecksmodell“ von Verguts & Fias (2004) zur Repräsentation von Multiplikationsfakten erwartbar. Demzufolge sollten richtige Antworten leichter gegeben werden können, wenn sie Ziffern mit möglichst vielen semantisch nahen falschen Antworten gemeinsam haben. Möglicherweise sollten demnach aber auch falsche Antworten dann mit größerer Wahrscheinlichkeit produziert werden, wenn sie eine Ziffer mit der richtigen Antwort teilen. Nach dem Dreiecksmodell wäre darüber hinaus sogar der klassische Aufgabengrößeneffekt bei einfachen Multiplikationsaufgaben (Zbrodoff & Logan, 2004) auf die Konsistenzverhältnisse der richtigen Antwort mit semantisch benachbarten falschen Antworten zurückzuführen. In einer Reanalyse der Fehlerdaten von gesunden Probanden (Campbell, 1997) und einem Patienten (Domahs, Bartha, & Delazer, 2003) wurden tatsächlich Belege für das Vorhandensein von Zehnerkonsistenzeffekten beim Lösen einfacher Multiplikationsaufgaben gefunden. Die Versuchspersonen bzw. der Patient hatten solche falschen Antworten signifikant häufiger produziert, welche die gleiche Zehnerziffer wie das richtigen Ergebnisses aufwiesen, als ansonsten vergleichbare andere Fehler. Damit wird die Annahme unterstützt, dass die Zehner- und die Einerziffern zweistelliger Zahlen separate Repräsentationen aufweisen – bei der Multiplikation (Verguts & Fias, 2004) wie auch allgemein bei numerischer Verarbeitung (Nuerk, Weger, & Willmes, 2001; Nuerk & Willmes, 2005). Zusätzlich dazu wurde in einer Regressionsanalyse über die Fehlerzahlen auch erstmalig empirische Evidenz für die Hypothese vorgelegt, dass der klassische Aufgabengrößeneffekt beim Abruf von Multiplikationsfakten auf Zehnerkonsistenzeffekte zurückführbar ist: Obwohl die Aufgabengröße als erster Prädiktor in das Modell einging, wurde diese Variable wieder verworfen, sobald ein Maß für die Nachbarschaftskonsistenz der richtigen Antwort in das Modell aufgenommen wurde. Schließlich wurde in einer weiteren Studie die automatische Aktivierung von Multiplikationsfakten bei gesunden Probanden mit einer Zahlenidentifikationsaufgabe (Galfano, Rusconi, & Umilta, 2003; Lefevre, Bisanz, & Mrkonjic, 1988; Thibodeau, Lefevre, & Bisanz, 1996) untersucht. Dabei sollte erstmals die Frage beantwortet werden, wie sich die automatische Aktivierung der eigentlichen Multiplikationsergebnisse (Thibodeau et al., 1996) zur Aktivierung benachbarter falscher Antworten (Galfano et al., 2003) verhält. Ferner sollte durch die Präsentation mit verschiedenen SOAs der zeitliche Verlauf dieser Aktivierungen aufgeklärt werden. Die Ergebnisse dieser Studie können insgesamt als Evidenz für das Vorhandensein und die automatische, obligatorische Aktivierung eines Netzwerkes arithmetischer Fakten bei gesunden, gebildeten Erwachsenen gewertet werden, in dem die richtigen Produkte stärker mit den Faktoren assoziiert sind als benachbarte Produkte (Operandenfehler). Dabei führen Produkte kleiner Aufgaben zu einer stärkeren Interferenz als Produkte großer Aufgaben und Operandenfehler großer Aufgaben zu einer stärkeren Interferenz als Operandenfehler kleiner Aufgaben. Ein solches Aktivierungsmuster passt gut zu den Vorhersagen des Assoziationsverteilungsmodells von Siegler (Lemaire & Siegler, 1995; Siegler, 1988), bei dem kleine Aufgaben eine schmalgipflige Verteilung der Assoziationen um das richtige Ergebnis herum aufweisen, große Aufgaben jedoch eine breitgipflige Verteilung. Somit sollte die vorliegende Arbeit etwas mehr Licht in bislang weitgehend vernachlässigte Aspekte der Repräsentation und des Abrufs arithmetischer Fakten gebracht haben: Die neuronalen Korrelate ihres Erwerbs, die Konsequenzen ihrer Einbindung in das Stellenwertsystem mit der Basis 10 sowie die spezifischen Auswirkungen ihrer assoziativen semantischen Repräsentation auf ihre automatische Aktivierbarkeit. Literatur Campbell, J. I. (1997). On the relation between skilled performance of simple division and multiplication. Journal of Experimental Psychology: Learning, Memory, and Cognition, 23, 1140-1159. Dehaene, S. & Cohen, L. (1995). Towards an anatomical and functional model of number processing. Mathematical Cognition, 1, 83-120. Dehaene, S. & Cohen, L. (1997). Cerebral pathways for calculation: double dissociation between rote verbal and quantitative knowledge of arithmetic. Cortex, 33, 219-250. Dehaene, S., Piazza, M., Pinel, P., & Cohen, L. (2003). Three parietal circuits for number processing. Cognitive Neuropsychology, 20, 487-506. Domahs, F., Bartha, L., & Delazer, M. (2003). Rehabilitation of arithmetic abilities: Different intervention strategies for multiplication. Brain and Language, 87, 165-166. Galfano, G., Rusconi, E., & Umilta, C. (2003). Automatic activation of multiplication facts: evidence from the nodes adjacent to the product. Quarterly Journal of Experimental Psychology A, 56, 31-61. Lefevre, J. A., Bisanz, J., & Mrkonjic, L. (1988). Cognitive arithmetic: evidence for obligatory activation of arithmetic facts. Memory and Cognition, 16, 45-53. Lemaire, P. & Siegler, R. S. (1995). Four aspects of strategic change: contributions to children's learning of multiplication. Journal of Experimental Psychology: General, 124, 83-97. Nuerk, H. C., Weger, U., & Willmes, K. (2001). Decade breaks in the mental number line? Putting the tens and units back in different bins. Cognition, 82, B25-B33. Nuerk, H. C. & Willmes, K. (2005). On the magnitude representations of two-digit numbers. Psychology Science, 47, 52-72. Siegler, R. S. (1988). Strategy choice procedures and the development of multiplication skill. Journal of Experimental Psychology: General, 117, 258-275. Thibodeau, M. H., Lefevre, J. A., & Bisanz, J. (1996). The extension of the interference effect to multiplication. Canadian Journal of Experimental Psychology, 50, 393-396. Verguts, T. & Fias, W. (2004). Neighborhood Effects in Mental Arithmetic. Psychology Science. Zbrodoff, N. J. & Logan, G. D. (2004). What everyone finds: The problem-size effect. In J. I. D. Campbell (Hrsg.), Handbook of Mathematical Cognition (pp.331-345). New York, NY: Psychology Press.
When Galactic microlensing events of stars are observed, one usually measures a symmetric light curve corresponding to a single lens, or an asymmetric light curve, often with caustic crossings, in the case of a binary lens system. In principle, the fraction of binary stars at a certain separation range can be estimated based on the number of measured microlensing events. However, a binary system may produce a light curve which can be fitted well as a single lens light curve, in particullary if the data sampling is poor and the errorbars are large. We investigate what fraction of microlensing events produced by binary stars for different separations may be well fitted by and hence misinterpreted as single lens events for various observational conditions. We find that this fraction strongly depends on the separation of the binary components, reaching its minimum at between 0.6 and 1.0 Einstein radius, where it is still of the order of 5% The Einstein radius is corresponding to few A.U. for typical Galactic microlensing scenarios. The rate for misinterpretation is higher for short microlensing events lasting up to few months and events with smaller maximum amplification. For fixed separation it increases for binaries with more extreme mass ratios. Problem of degeneracy in photometric light curve solution between binary lens and binary source microlensing events was studied on simulated data, and data observed by the PLANET collaboration. The fitting code BISCO using the PIKAIA genetic algorithm optimizing routine was written for optimizing binary-source microlensing light curves observed at different sites, in I, R and V photometric bands. Tests on simulated microlensing light curves show that BISCO is successful in finding the solution to a binary-source event in a very wide parameter space. Flux ratio method is suggested in this work for breaking degeneracy between binary-lens and binary-source photometric light curves. Models show that only a few additional data points in photometric V band, together with a full light curve in I band, will enable breaking the degeneracy. Very good data quality and dense data sampling, combined with accurate binary lens and binary source modeling, yielded the discovery of the lowest-mass planet discovered outside of the Solar System so far, OGLE-2005-BLG-390Lb, having only 5.5 Earth masses. This was the first observed microlensing event in which the degeneracy between a planetary binary-lens and an extreme flux ratio binary-source model has been successfully broken. For events OGLE-2003-BLG-222 and OGLE-2004-BLG-347, the degeneracy was encountered despite of very dense data sampling. From light curve modeling and stellar evolution theory, there was a slight preference to explain OGLE-2003-BLG-222 as a binary source event, and OGLE-2004-BLG-347 as a binary lens event. However, without spectra, this degeneracy cannot be fully broken. No planet was found so far around a white dwarf, though it is believed that Jovian planets should survive the late stages of stellar evolution, and that white dwarfs will retain planetary systems in wide orbits. We want to perform high precision astrometric observations of nearby white dwarfs in wide binary systems with red dwarfs in order to find planets around white dwarfs. We selected a sample of observing targets (WD-RD binary systems, not published yet), which can possibly have planets around the WD component, and modeled synthetic astrometric orbits which can be observed for these targets using existing and future astrometric facilities. Modeling was performed for the astrometric accuracy of 0.01, 0.1, and 1.0 mas, separation between WD and planet of 3 and 5 A.U., binary system separation of 30 A.U., planet masses of 10 Earth masses, 1 and 10 Jupiter masses, WD mass of 0.5M and 1.0 Solar masses, and distances to the system of 10, 20 and 30 pc. It was found that the PRIMA facility at the VLTI will be able to detect planets around white dwarfs once it is operating, by measuring the astrometric wobble of the WD due to a planet companion, down to 1 Jupiter mass. We show for the simulated observations that it is possible to model the orbits and find the parameters describing the potential planetary systems.
The separation of natural and anthropogenically caused climatic changes is an important task of contemporary climate research. For this purpose, a detailed knowledge of the natural variability of the climate during warm stages is a necessary prerequisite. Beside model simulations and historical documents, this knowledge is mostly derived from analyses of so-called climatic proxy data like tree rings or sediment as well as ice cores. In order to be able to appropriately interpret such sources of palaeoclimatic information, suitable approaches of statistical modelling as well as methods of time series analysis are necessary, which are applicable to short, noisy, and non-stationary uni- and multivariate data sets. Correlations between different climatic proxy data within one or more climatological archives contain significant information about the climatic change on longer time scales. Based on an appropriate statistical decomposition of such multivariate time series, one may estimate dimensions in terms of the number of significant, linear independent components of the considered data set. In the presented work, a corresponding approach is introduced, critically discussed, and extended with respect to the analysis of palaeoclimatic time series. Temporal variations of the resulting measures allow to derive information about climatic changes. For an example of trace element abundances and grain-size distributions obtained near the Cape Roberts (Eastern Antarctica), it is shown that the variability of the dimensions of the investigated data sets clearly correlates with the Oligocene/Miocene transition about 24 million years before present as well as regional deglaciation events. Grain-size distributions in sediments give information about the predominance of different transportation as well as deposition mechanisms. Finite mixture models may be used to approximate the corresponding distribution functions appropriately. In order to give a complete description of the statistical uncertainty of the parameter estimates in such models, the concept of asymptotic uncertainty distributions is introduced. The relationship with the mutual component overlap as well as with the information missing due to grouping and truncation of the measured data is discussed for a particular geological example. An analysis of a sequence of grain-size distributions obtained in Lake Baikal reveals that there are certain problems accompanying the application of finite mixture models, which cause an extended climatological interpretation of the results to fail. As an appropriate alternative, a linear principal component analysis is used to decompose the data set into suitable fractions whose temporal variability correlates well with the variations of the average solar insolation on millenial to multi-millenial time scales. The abundance of coarse-grained material is obviously related to the annual snow cover, whereas a significant fraction of fine-grained sediments is likely transported from the Taklamakan desert via dust storms in the spring season.
The goal of a Brain-Computer Interface (BCI) consists of the development of a unidirectional interface between a human and a computer to allow control of a device only via brain signals. While the BCI systems of almost all other groups require the user to be trained over several weeks or even months, the group of Prof. Dr. Klaus-Robert Müller in Berlin and Potsdam, which I belong to, was one of the first research groups in this field which used machine learning techniques on a large scale. The adaptivity of the processing system to the individual brain patterns of the subject confers huge advantages for the user. Thus BCI research is considered a hot topic in machine learning and computer science. It requires interdisciplinary cooperation between disparate fields such as neuroscience, since only by combining machine learning and signal processing techniques based on neurophysiological knowledge will the largest progress be made. In this work I particularly deal with my part of this project, which lies mainly in the area of computer science. I have considered the following three main points: <b>Establishing a performance measure based on information theory:</b> I have critically illuminated the assumptions of Shannon's information transfer rate for application in a BCI context. By establishing suitable coding strategies I was able to show that this theoretical measure approximates quite well to what is practically achieveable. <b>Transfer and development of suitable signal processing and machine learning techniques:</b> One substantial component of my work was to develop several machine learning and signal processing algorithms to improve the efficiency of a BCI. Based on the neurophysiological knowledge that several independent EEG features can be observed for some mental states, I have developed a method for combining different and maybe independent features which improved performance. In some cases the performance of the combination algorithm outperforms the best single performance by more than 50 %. Furthermore, I have theoretically and practically addressed via the development of suitable algorithms the question of the optimal number of classes which should be used for a BCI. It transpired that with BCI performances reported so far, three or four different mental states are optimal. For another extension I have combined ideas from signal processing with those of machine learning since a high gain can be achieved if the temporal filtering, i.e., the choice of frequency bands, is automatically adapted to each subject individually. <b>Implementation of the Berlin brain computer interface and realization of suitable experiments:</b> Finally a further substantial component of my work was to realize an online BCI system which includes the developed methods, but is also flexible enough to allow the simple realization of new algorithms and ideas. So far, bitrates of up to 40 bits per minute have been achieved with this system by absolutely untrained users which, compared to results of other groups, is highly successful.
When top sports performers fail or “choke” under pressure, everyone asks: why? Research has identified a number of conditions (e.g. an audience) that elicit choking and that moderate (e.g. trait-anxiety) pressure – performance relation. Furthermore, mediating processes have been investigated. For example, explicit monitoring theories link performance failure under psychological stress to an increase in attention paid to a skill and its step-by-step execution (Beilock & Carr, 2001). Many studies have provided support for these ideas. However, so far only overt performance measures have been investigated which do not allow more thorough analyses of processes or performance strategies. But also a theoretical framework has been missing, that could (a) explain the effects of explicit monitoring on skill execution and that (b) makes predictions as to what is being monitored during execution. Consequently in this study, the nodalpoint hypothesis of motor control (Hossner & Ehrlenspiel, 2006) was taken to predict movement changes on three levels of analysis at certain “nodalpoints” within the movement sequence. Performance in two different laboratory tasks was assessed with respect to overt performance (the observable result, for example accuracy in the target), covert performance (description of movement execution, for example the acceleration of body segements) and task exploitation (the utilization of task properties such as covariation). A fake competition (see Beilock & Carr, 2002) was used to invoke pressure. In study 1 a ball bouncing task in a virtual-reality set-up was chosen. Previous studies (de Rugy, Wei, Müller, & Sternad, 2003) have shown that learners are usually able to “passively” exploit the dynamical stability of the system. According to explicit monitoring theories, choking should be expected either if the task itself evokes an “active control” (Experiment 1) or if learners are provided with explicit instructions (Experiment 2). In both experiments, participants first went through a practice phase on day 1. On day 2, following the Baseline Test participants were divided into a High-Stress or No-Stress Group for the final Performance Test. The High-Stress Group entered a fake competition. Overt performance was measured by the Absolute Error (AE) of ball amplitudes from target height; covert performance was measured by Period Modulation between successive hits and task exploitation was measured by Acceleration (AC) at ball-racket impact and Covariation (COV) of impact parameters. To evoke active control in Exp. 1 (N=20), perturbations to the ball flight were introduced. In Exp. 2 (N=39) half of the participants received explicit skill-focused instructions during learning. For overt performance, results generally show an interaction between Stress Group and Test, with better performance (i. e. lower AE) for the High-Stress group in the final Performance Test. This effect is also independent of the Instructions that participants had received during learning (Exp. 2). Similar effects were found for COV but not for AC. In study 2 a visuomotor tracking task in which participants had to pursuit a target cross that was moving on an invisible curve. This curve consisted of 3 segments of 6 turning points sequentially ordered around the x-axis. Participants learned two short movement sequences which were then concatenated to form a single sequence. It was expected that under pressure, this sequence should “fall apart” at the point of concatenation. Overt Performance was assessed by the Root Mean Square Error between target and pursuit cross as well as the Absolute Error at the turning points, covert performance was measured by the Latency from target to pursuit turning and task exploitation was measured by the temporal covariation between successive intervals between turning points. Experiment 3 (intraindividual variation) as well as Experiment 4 (interindividual variation) show performance enhancement in the pressure situation on the overt level with matching results on covert and task exploitation level. Thus, contrary to previous studies, no choking under pressure was found in any of the experiments. This may be interpreted as a failure in the experimental manipulation. But certainly also important characteristics of the task are highlighted. Choking should occur in tasks where performers do not have the time to use action or thought control strategies, that are more relevant to their “self” and that are discrete in nature.
The ultimate aim of this study is to better understand the relevance of weak electricity in the adaptive radiation of the African mormyrid fish. The chosen model taxon, the genus Campylomormyrus, exhibits a wide diversity of electric organ discharge (EOD) waveform types. Their EOD is age, sex, and species specific and is an important character for discriminating among species that are otherwise cryptic. After having established a complementary set of molecular markers, I examined the radiation of Campylomormyrus by a combined approach of molecular data (sequence data from the mitochondrial cytochrome b and the nuclear S7 ribosomal protein gene, as well as 18 microsatellite loci, especially developed for the genus Campylomormyrus), observation of ontogeny and diversification of EOD waveform, and morphometric analysis of relevant morphological traits. I built up the first convincing phylogenetic hypothesis for the genus Campylomormyrus. Taking advantage of microsatellite data, the identified phylogenetic clades proved to be reproductively isolated biological species. This way I detected at least six species occurring in sympatry near Brazzaville/Kinshasa (Congo Basin). By combining molecular data and EOD analyses, I could show that there are three cryptic species, characterised by their own adult EOD types, hidden under a common juvenile EOD form. In addition, I confirmed that adult male EOD is species-specific and is more different among closely related species than among more distantly related ones. This result and the observation that the EOD changes with maturity suggest its function as a reproductive isolation mechanism. As a result of my morphometric shape analysis, I could assign species types to the identified reproductively isolated groups to produce a sound taxonomy of the group. Besides this, I could also identify morphological traits relevant for the divergences between the identified species. Among them, the variations I found in the shape of the trunk-like snout, suggest the presence of different trophic specializations; therefore, this trait might have been involved in the ecological radiation of the group. In conclusion, I provided a convincing scenario envisioning an adaptive radiation of weakly electric fish triggered by sexual selection via assortative mating due to differences in EOD characteristics, but caused by a divergent selection of morphological traits correlated with the feeding ecology.
Gegenstand der Arbeit ist die Beanspruchungssituation des Pflegepersonals im Krankenhausbereich. Es wird der Frage nachgegangen, mit welchem Verhaltens- und Erlebensmuster Pflegepersonen ihren Anforderungen gegenübertreten und wie sie über die Art und Weise der persönlichen Auseinandersetzung mit den Anforderungen ihre Beanspruchungsverhältnisse mitgestalten.Den theoretischen Ausgangspunkt der Arbeit bilden salutogenetisch orientierte Ressourcenmodelle, insbesondere Beckers Modell der seelischen Gesundheit (Becker, 1982, 1986). Nach ihm hängt der Gesundheitszustand einer Person davon ab, wie gut es ihr gelingt, externe und interne Anforderungen mithilfe externer und interner Ressourcen zu bewältigen. Hier knüpft das in der Arbeit im Mittelpunkt stehende diagnostische Instrument AVEM (Arbeitsbezogenes Verhaltens- und Erlebensmuster; Schaarschmidt & Fischer, 1996, 2001) an, das die Erfassung interner Anforderungen und Ressourcen der Person sowie deren Zuordnung zu 4 Verhaltens- und Erlebensmustern gegenüber der Arbeit unter Gesundheits- und Motivationsbezug ermöglicht.Mit den Hypothesen wird angenommen, dass in Anbetracht der problematischen Arbeitsbedingungen in der Pflege eine Zurücknahme im Engagement bzw. eine Schutzhaltung vor nicht gewollten und als unangemessen empfundenen Anforderungen sowie wenig beeinflussbaren Bedingungen im Vordergrund stehen. Dort, wo zumindest partiell gesundheitsförderliche und als herausfordernd erlebte Arbeitsbedingungen anzutreffen sind, sollten günstigere Musterkonstellationen auftreten. Wir vermuteten, dass sich die ungünstigen Tendenzen bereits in der Berufsausbildung und in frühen Berufsjahren zeigen. Musterveränderungen in gesundheits- und persönlichkeitsförderlicher Hinsicht sollten durch gezielte Intervention herbeigeführt werden können. Schließlich nahmen wir an, dass die Tätigkeit und die mit ihr verbundenen Anforderungen und Ausführungsbedingungen musterspezifisch wahrgenommen werden.Zur Beantwortung der Fragen werden Ergebnisse aus verschiedenen Quer- und Längsschnittuntersuchungen herangezogen, die in Wiener Spitälern und Krankenpflegeschulen, aber auch in deutschen Krankenhäusern durchgeführt wurden. Zu Vergleichszwecken werden Befunde anderer Berufsgruppen dargestellt. Neben dem AVEM wurden weitere Fragebögen zu folgenden Inhalten eingesetzt: Arbeitsbezogene Werte, Erleben von Ressourcen in der Pflegetätigkeit, Belastungserleben und Objektive Merkmale der Arbeitstätigkeit.Die Ergebnisse bestätigen die Hypothesen in allen wesentlichen Punkten. Im Vergleich mit anderen Berufsgruppen fallen für die Pflegekräfte deutliche Einschränkungen im Arbeitsengagement auf. In Bezug auf die gesundheitlichen Risikomuster nimmt das Pflegepersonal eine Mittelstellung ein. Die Musterdifferenzierung in der Pflegepopulation lässt die stärksten Unterschiede in Abhängigkeit von der Position erkennen: Je höher die Position, desto größer ist der Anteil des Gesundheitsmusters und desto geringer ist die Resignationstendenz. Die meisten Risikomuster zeigen sich bei den Pflegekräften mit der niedrigsten Qualifikation. Für Pflegeschüler ist ein zeitweiliges starkes Auftreten von resignativen Verhaltens- und Erlebensweisen sowie eine kontinuierliche Abnahme des Engagements kennzeichnend. Dieser Trend setzt sich nach Aufnahme der Berufstätigkeit fort. Nur gezielte intensive personenorientierte Interventionen erwiesen sich als geeignet, Musterveränderungen in gesundheits- und persönlichkeitsförderlicher Hinsicht zu erreichen. Die Tätigkeit und die mit ihr verbundenen Anforderungen und Ausführungsbedingungen werden musterspezifisch wahrgenommen, wobei Personen mit eingeschränktem Engagement bzw. mit einer Resignationstendenz wesentliche Tätigkeitsmerkmale, denen persönlichkeits- und gesundheitsförderliche Wirkung zugesprochen wird, für sich als wenig wichtig beurteilen und sich mehr Defizite im Verhalten gegenüber Patienten bescheinigen.Die Ergebnisse verweisen darauf, dass im Pflegeberuf vor allem die Zurückhaltung im Engagement Anlass für eine kritische Betrachtung sein muss. Das Problem "Burnout" stellt sich in seiner Bedeutung relativiert dar. Günstigere Voraussetzungen für die Aufrechterhaltung und Förderung der Gesundheit bestehen dort, wo im konkreten Arbeitsfeld ein erweiterter Tätigkeits- und Handlungsspielraum sowie mehr Verantwortung vorliegen. Diese Befunde stehen in Einklang mit arbeitspsychologischen Ressourcenmodellen. Die Befunde zu den Pflegeschülern verweisen auf teilweise ungünstige Eignungsvoraussetzungen der Auszubildenden und legen nahe, die Angemessenheit der Anforderungen in den Krankenpflegeschulen zu hinterfragen. Hinsichtlich der Möglichkeiten der Veränderung der Muster in gesundheits- und motivationsdienlicher Weise brachten die Ergebnisse zum Ausdruck, dass verhaltensbezogenen Maßnahmen ohne gleichzeitige bedingungsbezogene Interventionen wenig Erfolg beschieden ist. Mit Blick auf die musterspezifische Wahrnehmung der Tätigkeit und der mit ihr verbundenen Anforderungen und Ausführungsbedingungen ist schließlich grundsätzlich festzuhalten, dass arbeitspsychologische Konzepte, die hohen bzw. komplexen Anforderungen und umfangreichen Freiheitsgraden in der Arbeit grundsätzlich persönlichkeits- und gesundheitsförderliche Wirkungen zuschreiben, einer Relativierung durch eine differentielle Perspektive bedürfen. Die vorgefundene Interaktion von Persönlichkeit und Arbeitsbedingungen hat zur Konsequenz, dass Verhaltens- und Verhältnisprävention in untrennbarem Zusammenhang gesehen werden sollten.