TY  - THES
A1  - Hugo, Julian
T1  - ‘Signal-close-to-noise’ calcium activity reflects neuronal excitability
T1  - ‘Signal-close-to-noise’ Kalziumaktivität als Ausdruck neuronaler Erregbarkeit
N2  - Chronic pain conditions are a major reason for the utilization of the health care system. Inflammatory pain states can persist facilitated by peripheral sensitization of nociceptors. The voltage-gated sodium channel 1.9 (NaV1.9) is an important regulator of neuronal excitability and is involved in inflammation-induced pain hypersensitivity. Recently, oxidized 1-palmitoyl-2-arachidonoyl-sn-glycerol-3-phosphatidylcholine (OxPAPC) was identified as a mediator of acute inflammatory pain and persistent hyperalgesia, suggesting an involvement in proalgesic cascades and peripheral sensitization. Peripheral sensitization implies an increase in neuronal excitability. This thesis aims to characterize spontaneous calcium activity in neuronal compartments as a proxy to investigate neuronal excitability, making use of the computational tool Neural Activity Cubic (NA3). NA3 allows automated calcium activity event detection of signal-close-to-noise calcium activity and evaluation of neuronal activity states. Additionally, the influence of OxPAPC and NaV1.9 on the excitability of murine dorsal root ganglion (DRG) neurons and the effect of OxPAPC on the response of DRG neurons towards other inflammatory mediators (prostaglandin E2, histamine, and bradykinin) is investigated. Using calcium imaging, the presence of spontaneous calcium activity in murine DRG neurons was established. NA3 was used to quantify this spontaneous calcium activity, which revealed decreased activity counts in axons and somata of NaV1.9 knockout (KO) neurons compared to wildtype (WT). Incubation of WT DRG neurons with OxPAPC before calcium imaging did not show altered activity counts compared to controls. OxPAPC incubation also did not modify the response of DRG neurons treated with inflammatory mediators. However, the variance ratio computed by NA3 conclusively allowed to determine neuronal activity states. In conclusion, my findings indicate an important function of NaV1.9 in determining the neuronal excitability of DRG neurons in resting states. OxPAPC exposition does not influence neuronal excitability nor sensitizes neurons for other inflammatory mediators. This evidence reduces the primary mechanism of OxPAPC-induced hyperalgesia to acute effects. Importantly, it was possible to establish an approach for unbiased excitability quantification of DRG neurons by calcium activity event detection and calcium trace variance analysis by NA3. It was possible to show that signal-close-to-noise calcium activity reflects neuronal excitability states.
N2  - Entzündliche Schmerzzustände können lange fortbestehen, was durch eine periphere Sensibilisierung von Nozizeptoren begünstigt wird. Der spannungsgesteuerte Natriumkanal 1.9 (NaV1.9) ist ein wichtiger Regulator neuronaler Erregbarkeit und ist nachweislich an entzündungsbedingter Schmerzüberempfindlichkeit beteiligt. Kürzlich wurde oxidiertes 1-Palmitoyl-2-arachidonoyl-sn-glycerol-3-phosphatidylcholin (OxPAPC) als Mediator akuter Entzündungsschmerzen und anhaltender Hyperalgesie identifiziert, was auf eine Beteiligung an Mechanismen der peripheren Sensibilisierung hindeutet. Periphere Sensibilisierung setzt eine Erhöhung der neuronalen Erregbarkeit voraus. In dieser Arbeit soll neuronale spontane Kalziumaktivität charakterisiert werden, um Rückschlüsse auf die neuronale Erregbarkeit zu ziehen. Dazu wurde das Tool Neural Activity Cubic (NA3) eingesetzt, welches die automatisierte Detektion von „signal-close-to-noise“ Kalziumaktivitätsereignissen und die Bewertung neuronaler Aktivitätszustände erlaubt. Mittels NA3 wurde der Einfluss von OxPAPC und NaV1.9 auf die Erregbarkeit von murinen Spinalganglion (DRG)-Neuronen untersucht. Zusätzlich wurde die Reaktion von DRG-Neuronen auf weitere Entzündungsmediatoren (Prostaglandin E2, Histamin und Bradykinin) nach Inkubation mit OxPAPC beurteilt. Mittels Calcium-Imaging konnte spontane Kalziumaktivität in murinen DRG-Neuronen identifiziert werden. NA3 wurde verwendet, um diese spontane Kalziumaktivität zu quantifizieren. NaV1.9 Knockout-Neuronen (KO) zeigten signifikant Verringerte Kalziumaktivität im Vergleich Wildtyp (WT)-Neuronen. Die Inkubation von WT-Neuronen mit OxPAPC vor Calcium-Imaging resultierte in unveränderter Kalziumaktivität. Eine OxPAPC-Inkubation hatte ebenso keinen Einfluss auf die Reaktion von DRG-Neuronen, die mit einem Gemisch aus Entzündungsmediatoren stimuliert wurden. Die von NA3 berechnete „variance ratio“ ermöglichte jedoch eine eindeutige Bestimmung der neuronalen Aktivitätszustände. Zusammenfassend weisen meine Ergebnisse auf eine wichtige Funktion von NaV1.9 bei der Bestimmung der neuronalen Erregbarkeit von DRG-Neuronen im Ruhezustand hin. Eine Exposition mit OxPAPC beeinflusst allerdings weder die neuronale Erregbarkeit noch werden Neuronen für andere Entzündungsmediatoren sensibilisiert. Dies legt akute Effekte als primären Mechanismus der OxPAPC-induzierten Hyperalgesie nahe. Es war möglich, eine Methode für die unverzerrte Quantifizierung neuronaler Erregbarkeit von durch die Erkennung von Kalziumaktivitätsereignissen und die Varianzanalyse von Kalziumsignalen mit NA3 zu etablieren. Es konnte gezeigt werden, dass die „signal-close-to-noise“ Kalziumaktivität den Zustand der neuronalen Erregbarkeit widerspiegelt.
KW  - Entzündung
KW  - Schmerz
KW  - Natriumkanal
KW  - Erregbarkeit
KW  - Phospholipide
KW  - neuronal excitability
KW  - NaV1.9
KW  - inflammatory pain
KW  - calcium activity
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-292605
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TY  - THES
A1  - Gregor, Thomas
T1  - {0,1}-Matrices with Rectangular Rule
T1  - {0,1}-Matrizen mit Rechtecksregel
N2  - The incidence matrices of many combinatorial structures satisfy the so called rectangular rule, i.e., the scalar product of any two lines of the matrix is at most 1. We study a class of matrices with rectangular rule, the regular block matrices. Some regular block matrices are submatrices of incidence matrices of finite projective planes. Necessary and sufficient conditions are given for regular block matrices, to be submatrices of projective planes. Moreover, regular block matrices are related to another combinatorial structure, the symmetric configurations. In particular, it turns out, that we may conclude the existence of several symmetric configurations from the existence of a projective plane, using this relationship.
N2  - Die Inzidenzmatrizen vieler kombinatorischer Strukturen erfüllen die sogenannte Rechtecksregel, d.h. das Skalarprodukt zweier beliebiger Zeilen der Matrix ist höchstens 1. Weiterhin wird eine Klasse von Matrizen mit Rechtecksregel untersucht, von denen einige auch Untermatrizen von Inzidenzmatrizen endlicher projektiver Ebenen sind. Es werden notwendige und hinreichende Bedingungen angegeben, wann dies der Fall ist. Darüberhinaus gibt es eine enge Beziehung zwischen dieser Klasse von Matrizen und einer anderen Struktur, den symmetrischen Konfigurationen. Es stellt sich unter anderem heraus, dass aus der Existenz einer projektiven Ebene mittels dieser Beziehung die Existenz verschiedener symmetrischer Konfigurationen gefolgert werden kann.
KW  - Projektive Ebene
KW  - Inzidenzmatrix
KW  - Kombinatorik
KW  - Endliche Geometrie
KW  - Symmetrische Konfiguration
KW  - (0
KW  - 1)-Matrix
KW  - finite projective plane
KW  - incidence matrix
KW  - design
KW  - symmetric configuration
KW  - (0
KW  - 1)-matrix
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-28389
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TY  - THES
A1  - Schumm, Marcel
T1  - ZnO-based semiconductors studied by Raman spectroscopy: semimagnetic alloying, doping, and nanostructures
T1  - Ramanspektroskopische Untersuchung ZnO-basierte Halbleiter: Semimagnetische Legierung, Dotierung und Nanostrukturen
N2  - ZnO-based semiconductors were studied by Raman spectroscopy and complementary methods (e.g. XRD, EPS) with focus on semimagnetic alloying with transition metal ions, doping (especially p-type doping with nitrogen as acceptor), and nanostructures (especially wet-chemically synthesized nanoparticles).
N2  - ZnO-basierte Halbleiter wurden mittels Ramanspektroskopie und komplementärer Methoden (z.B. XRD, EPS) untersucht mit den Schwerpunkten semimagnetische Legierung mit Übergangsmetallen, Dotierung (vor allem p-Dotierung mit Stickstoff als Akzeptor) und Nanostrukturen (vor allem nass-chemisch hergestellte Nanopartikel).
KW  - Wide-gap-Halbleiter
KW  - Würzburg / Sonderforschungsbereich II-VI-Halbleiter
KW  - Verbindungshalbleiter
KW  - Zwei-Sechs-Halbleiter
KW  - Semimagnetischer Halbleiter
KW  - n-Halbleiter
KW  - Niederdimensionaler Halbleiter
KW  - p-Halbleiter
KW  - Kolloider Halbleiter
KW  - Magnetisch
KW  - Ramanspektroskopie
KW  - Raman
KW  - Zinkoxid
KW  - ZnO
KW  - DMS
KW  - Raman spectroscopy
KW  - Raman
KW  - Zinc oxide
KW  - ZnO
KW  - DMS
KW  - Diluted Magnetic Semiconductors
KW  - doping
KW  - secondary phases
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-37045
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TY  - THES
A1  - Wagner, Leonard
T1  - Zinc homeostasis in megakaryocytes
T1  - Studien zur Expression und Regulation von Zink-Transportern in Megakaryozyten
N2  - Zinc is an essential trace element for all living organisms. In mammals, including humans and mice, it is required for normal growth, development, hematopoiesis and immune defense. This thesis investigates the influence of zinc on the development of megakaryocytes (MKs), the cells responsible for bone marrow-derived platelet production. Furthermore, a detailed analysis of the expression of zinc import and export transporters (Slc39a/Slc30a genes) is carried out, firstly over the course of MK differentiation and secondly dependent on extracellular zinc.
N2  - Zink ist ein für alle lebenden Organismen essentiell wichtiges Spurenelement. Bei Säugetieren, einschließlich Menschen und Mäusen, ist es für normales Wachstum, die normale Entwicklung, Hämatopoese und Immunantwort erforderlich. Diese Arbeit untersucht den Einfluss von Zink auf die Entwicklung von Megakaryozyten (MKs), derjenigen Zellen, welche für die Produktion der Thrombozyten im Knochenmark verantwortlich sind. Darüber hinaus wird eine detaillierte Analyse der Expression von Zinkimporttransportern und Zinkexporttransportern (Slc39a / Slc30a-Gene) durchgeführt, zum einen im Verlauf der MK-Differenzierung und zum anderen in Abhängigkeit von extrazellulärem Zink.
KW  - Zink
KW  - Megakaryozyt
KW  - Hämostase
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-214526
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TY  - THES
A1  - Spenst, Peter
T1  - Xylylene Bridged Perylene Bisimide Cyclophanes and Macrocycles
T1  - Xylol verbrückte Perylenbisimid Cyclophane und Makrozyklen
N2  - This work is concerned with the syntheses and photophysical properties of para-xylylene bridged macrocycles nPBI with ring sizes from two to nine PBI units, as well as the complexation of polycyclic aromatic guest compounds.
With a reduced but substantial fluorescence quantum yield of 21% (in CHCl3) the free host 2PBI(4-tBu)4 can be used as a dual fluorescence probe. Upon encapsulation of rather electron-poor guests the fluorescence quenching interactions between the chromophores are prevented, leading to a significant fluorescence enhancement to > 90% (“turn-on”). On the other hand, the addition of electron-rich guest molecules induces an electron transfer from the guest to the electron-poor PBI chromophores and thus quenches the fluorescence entirely (“turn-off”). The photophysical properties of the host-guest complexes were studied by transient absorption spectroscopy. These measurements revealed that the charge transfer between guest and 2PBI(4-tBu)4 occurs in the “normal region” of the Marcus-parabola with the fastest charge separation rate for perylene. In contrast, the charge recombination back to the PBI ground state lies far in the “inverted region” of the Marcus-parabola.
Beside complexation of planar aromatic hydrocarbons into the cavity of the cyclophanes an encapsulation of fullerene into the cyclic trimer 3PBI(4-tBu)4 was observed. 3PBI(4-tBu)4 provides a tube-like structure in which the PBI subunits represent the walls of those tubes. The cavity has the optimal size for hosting fullerenes, with C70 fitting better than C60 and a binding constant that is higher by a factor of 10. TA spectroscopy in toluene that was performed on the C60@3PBI(4-tBu)4 complex revealed two energy transfer processes. The first one comes from the excited PBI to the fullerene, which subsequently populates the triplet state. From the fullerene triplet state a second energy transfer occurs back to the PBI to generate the PBI triplet state.
In all cycles that were studied by TA spectroscopy, symmetry-breaking charge separation (SB-CS) was observed in dichloromethane. This process is fastest within the PBI cyclophane 2PBI(4-tBu)4 and slows down for larger cycles, suggesting that the charge separation takes place through space and not through bonds. The charges then recombine to the PBI triplet state via a radical pair intersystem crossing (RP-ISC) mechanism, which could be used to generate singlet oxygen in yields of ~20%.
By changing the solvent to toluene an intramolecular folding of the even-numbered larger cycles was observed that quenches the fluorescence and increases the 0-1 transition band in the absorption spectra. Force field calculations of 4PBI(4-tBu)4 suggested a folding into pairs of dimers, which explains the remarkable odd-even effect with respect to the number of connected PBI chromophores and the resulting alternation in the absorption and fluorescence properties. Thus, the even-numbered macrocycles can fold in a way that all chromophores are in a paired arrangement, while the odd-numbered cycles have open conformations (3PBI(4-tBu)4, 5PBI(4-tBu)4, 7PBI(4-tBu)4) or at least additional unpaired PBI unit (9PBI(4-tBu)4).
With these experiments we could for the first time give insights in the interactions between cyclic PBI hosts and aromatic guest molecules. Associated with the encapsulation of guest molecules a variety of possible applications can be envisioned, like fluorescence sensing, chiral recognition and photodynamic therapy by singlet oxygen generation. Particularly, these macrocycles provide photophysical relaxation pathways of PBIs, like charge separation and recombination and triplet state formation that are hardly feasible in monomeric PBI dyes. Furthermore, diverse compound specific features were found, like the odd-even effect in the folding process or the transition of superficial nanostructures of the tetrameric cycle influenced by the AFM tip. The comprehensive properties of these macrocycles provide the basis for further oncoming studies and can serve as an inspiration for the synthesis of new macrocyclic compounds.
N2  - In dieser Arbeit wurde die Synthese para-Xylol-verbrückter Makrozyklen nPBI mit Ringgrößen von zwei bis neun PBI Einheiten beschrieben und deren photophysikalische Eigenschaften sowie Komplexierungsvermögen für polyzyklische aromatische Gastverbindungen analysiert.
Mit einer reduzierten, aber noch substantiellen Fluoreszenzquantenausbeute von 21% in CHCl3 eignet sich der freie Wirt 2PBI(4-tBu)4 als dualer Fluoreszenzsensor. Durch die Aufnahme von elektronenarmen Gästen wird die zur Fluoreszenzlöschung führende Wechselwirkung zwischen den Chromophoren unterbunden, was sich in einer deutlichen Steigerung der Fluoreszenzquantenausbeute auf > 90% widerspiegelt („turn-on”). Andererseits führt die Zugabe elektronenreicher Gäste zu einem Elektronentransfer vom Gast auf die elektronenarmen PBI-Chromophore und quencht die Fluoreszenz damit nahezu vollständig („turn-off”). Die photophysikalischen Eigenschaften der Wirt-Gast Komplexe wurden mittels transienter Absorptionsspektroskopie weitergehend untersucht. Diese Studien zeigten, dass die Ladungstrennung zwischen Gast und 2PBI(4-tBu)4 in der „normalen Region“ der Marcus-Parabel stattfindet mit der schnellsten Ladungstrennungsrate für Perylen. Im Gegensatz dazu liegt die Ladungsrekombination zurück zum PBI Grundzustand weit in der „invertierten Region“ der Marcus-Parabel.
Neben der Komplexierung flacher aromatischer Kohlenwasserstoffe in die Kavitäten der Cyclophane konnte auch die Aufnahme von Fullerenen in das zyklische Trimer 3PBI(4 tBu)4 beobachtet werden. 3PBI(4-tBu)4 weist eine röhrenartige Struktur auf, in der die PBI-Untereinheiten die Wände der Röhren darstellen. Damit hat die Kavität die optimale Größe für die Aufnahme von Fullerenen, wobei C70 besser hinein passt als C60 und damit eine um den Faktor 10 höhere Bindungskonstante besitzt. Transiente Absorptions-spektroskopie des C60@3PBI(4-tBu)4 Komplexes zeigte in Toluol zwei Energietransfer-prozesse auf. Der erste erfolgt vom angeregten PBI zum Fulleren, welches daraufhin den Triplettzustand populiert. Vom Fulleren-Triplettzustand erfolgt ein zweiter Energie-transfer zurück zum PBI, was schließlich im PBI-Triplett Zustand mündet.
Für alle mittels transienter Absorptionsspektroskopie untersuchten Zyklen konnte eine symmetriebrechende Ladungstrennung in Dichlormethan beobachtet werden. Dieser Prozess ist für das PBI Cyclophan 2PBI(4-tBu)4 am schnellsten und wird mit zunehmender Ringgröße langsamer. Demnach ist die Ladungstrennung abhängig von der räumlichen Nähe der PBI Chromophore und nicht von deren Verbrückung.
Im Anschluss erfolgt eine Ladungsrekombination zum PBI-Triplettzustand über ein Radikalpaar (radical pair intersystem crossing RP-ISC-Mechanismus), was zur Gewinnung von Singulettsauerstoff in Ausbeuten von ~20% genutzt werden konnte.
Bei Verwendung von Toluol als Lösungsmittel wurde eine intramolekulare Faltung der geradzahligen größeren Zyklen beobachtet, wodurch die Fluoreszenz gequencht und die 0-1 Übergangsbande der Absorption verstärkt wird. Kraftfeldberechnungen für 4PBI(4 tBu)4 legen eine Faltung zu Dimerpaaren nahe, welche den außergewöhnlichen gerade-ungerade Effekt bezogen auf die Anzahl der verknüpften PBI Chromophore und die daraus resultierende Alternanz in den Absorptions- und Fluoreszenzeigenschaften erklärt.
Dementsprechend können die geradzahligen Makrozyklen in der Art falten, dass alle Chromophore in einer gepaarten Anordnung vorliegen, während die ungeradzahligen Zyklen offene Konformationen (3PBI(4 tBu)4, 5PBI(4 tBu)4, 7PBI(4 tBu)4) oder zumindest teilweise ungepaarte PBI-Einheiten (9PBI(4 tBu)4) aufweisen. Mit zunehmender Ringgröße erhöht sich der Anteil an gefalteten Untereinheiten, was dazu führt, dass sich die optischen Eigenschaften des ungeradzahligen 9PBI(4 tBu)4 Zyklus den vollständig gefalteten Systemen angleicht.
Mit diesen Experimenten konnten wir erstmals Enblicke in die Wechselwirkungen zwischen zyklischen PBI-Wirten und aromatischen Gastmolekülen geben. Verbunden mit der Aufnahme von Gastmolekülen ist eine Reihe möglicher Anwendungen wie Fluoreszenzsensorik, Chiralitätserkennung und photodynamische Therapie über die Generierung von Singulettsauerstoff denkbar. Insbesondere ermöglichen diese Makrozyklen photophysikalische Relaxationspfade von PBIs wie die Ladungstrennung und –rekombination und die Ausbildung von Triplettzuständen, welche in monomeren PBI-Frabstoffen nur schwer realisierbar sind. Weiterhin konnten einige verbindungs-spezifische Eigenschaften gefunden werden, wie den gerade-ungerade Effekt im Faltungsprozess oder die für den tetrameren Zyklus gefundene Umwandlung von Oberflächennanostrukturen unter dem Einfluß der AFM-Spitze. Die reichhaltigen Eigenschaften dieser Makrozyklen bilden damit die Basis für weitergehende Untersuchungen und können als Inspiration für die Synthese neuer makrozyklischer Verbindungen dienen.
KW  - Supramolekulare Chemie
KW  - Wirt-Gast-Beziehung
KW  - Perylenbisimid
KW  - Energietransfer
KW  - Elektronentransfer
KW  - Perylene Bisimide
KW  - Energy Transfer
KW  - Electron Transfer
KW  - Elektronentransfer
KW  - Perylenderivate
KW  - Wirt-Gast-Komplex-Chemie
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-139015
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TY  - THES
A1  - Graetz [geb. Dittmann], Jonas
T1  - X-Ray Dark-Field Tensor Tomography : a Hitchhiker's Guide to Tomographic Reconstruction and Talbot Imaging
T1  - Röntgen-Dunkelfeld-Tensor-Tomographie : ein Handbuch zur Tomographischen Rekonstruktion und Talbot-Bildgebung
N2  - X-ray dark-field imaging allows to resolve the conflict between the demand for centimeter scaled fields of view and the spatial resolution required for the characterization of fibrous materials structured on the micrometer scale. It draws on the ability of X-ray Talbot interferometers to provide full field images of a sample's ultra small angle scattering properties, bridging a gap of multiple orders of magnitude between the imaging resolution and the contrasted structure scale. The correspondence between shape anisotropy and oriented scattering thereby allows to infer orientations within a sample's microstructure below the imaging resolution. First demonstrations have shown the general feasibility of doing so in a tomographic fashion, based on various heuristic signal models and reconstruction approaches. Here, both a verified model of the signal anisotropy and a reconstruction technique practicable for general imaging geometries and large tensor valued volumes is developed based on in-depth reviews of dark-field imaging and tomographic reconstruction techniques.

To this end, a wide interdisciplinary field of imaging and reconstruction methodologies is revisited. To begin with, a novel introduction to the mathematical description of perspective projections provides essential insights into the relations between the tangible real space properties of cone beam imaging geometries and their technically relevant description in terms of homogeneous coordinates and projection matrices. Based on these fundamentals, a novel auto-calibration approach is developed, facilitating the practical determination of perspective imaging geometries with minimal experimental constraints. A corresponding generalized formulation of the widely employed Feldkamp algorithm is given, allowing fast and flexible volume reconstructions from arbitrary tomographic imaging geometries. Iterative reconstruction techniques are likewise introduced for general projection geometries, with a particular focus on the efficient evaluation of the forward problem associated with tomographic imaging. A highly performant 3D generalization of Joseph's classic linearly interpolating ray casting algorithm is developed to this end and compared to typical alternatives. With regard to the anisotropic imaging modality required for tensor tomography, X-ray dark-field contrast is extensively reviewed. Previous literature is brought into a joint context and nomenclature and supplemented by original work completing a consistent picture of the theory of dark-field origination. Key results are explicitly validated by experimental data with a special focus on tomography as well as the properties of anisotropic fibrous scatterers. In order to address the pronounced susceptibility of interferometric images to subtle mechanical imprecisions, an efficient optimization based evaluation strategy for the raw data provided by Talbot interferometers is developed. Finally, the fitness of linear tensor models with respect to the derived anisotropy properties of dark-field contrast is evaluated, and an iterative scheme for the reconstruction of tensor valued volumes from projection images is proposed. The derived methods are efficiently implemented and applied to fiber reinforced plastic samples, imaged at the ID19 imaging beamline of the European Synchrotron Radiation Facility. The results represent unprecedented demonstrations of X-ray dark-field tensor tomography at a field of view of 3-4cm, revealing local fiber orientations of both complex shaped and low-contrast samples at a spatial resolution of 0.1mm in 3D. The results are confirmed by an independent micro CT based fiber analysis.
N2  - Die Röntgen-Dunkelfeld-Bildgung vermag den Widerspruch zwischen dem Bedarf nach großen Sichtfeldern im Zentimeterbereich und der nötigen Bildauflösung zur Charakterisierung von Fasermaterialien mit Strukturgrößen im Mikrometerbereich aufzulösen. Sie bedient sich dafür der Eigenschaft von Röntgen-Talbot-Interferometern, Ultrakleinwinkelstreueigenschaften einer Probe vollflächig abzubilden, womit eine Lücke von mehreren Größenordnung zwischen der Bildauflösung und der konstrastgebenden Strukturgröße überbrückt werden kann. Der Zusammenhang zwischen Strukturanisotropie und gerichteter Streuung ermöglicht dabei Rückschlüsse auf die Orientierung der Mikrostruktur einer Probe unterhalb der Bildauflösung. Erste Demonstrationen haben, basiered auf verschiedenen heuristischen Signalmodellen und Rekonstruktrionsansätzen, die grundsätzliche Erweiterbarkeit auf die Volumen-Bildgebung gezeigt. In der vorliegenden Arbeit wird, aufbauend auf einer umfassenden Analyse der Dunkelfeld-Bildgebung und tomographischer Rekonstruktionsmethoden, sowohl ein verifiziertes Modell der Signalanisotropie als auch eine Rekonstruktionstechnik entwickelt, die für große tensorwertige Volumina und allgemeine Abbildungsgeometrien praktikabel ist.

In diesem Sinne wird ein weites interdisziplinäres Feld von Bildgebungs- und Rekonstruktionsmethoden aufgearbeitet. Zunächst werden anhand einer neuen Einführung in die mathematische Beschreibung perspektivischer Projektionen essenzielle Einsichten in die Zusammenhänge zwischen der greifbaren Realraum-Darstellung der Kegelstrahl-Geometrie und ihrer technisch relevanten Beschreibung mittels homogener Koordinaten und Projektionsmatrizen gegeben. Aufbauend auf diesen Grundlagen wird eine neue Methode zur Auto-Kalibration entwickelt, die die praktische Bestimmung von perspektivischen Abbildungsgeometrien unter minimalen Anforderungen an die experimentelle Ausführung ermöglicht. Passend dazu wird eine verallgemeinerte Formulierung des weit verbreiteten Feldkamp-Algorithmus gegeben, um eine schnelle und flexible Volumenrekonstruktion aus beliebigen tomographischen Bildgebungsgeometrien zu ermöglichen. Iterative Rekonstruktionsverfahren werden ebenfalls für allgemeine Aufnahmegeometrien eingeführt, wobei ein Schwerpunkt auf der effizienten Berechnung des mit der tomographischen Bildgebung assoziierten Vorwärtsproblems liegt. Zu diesem Zweck wird eine hochperformante 3D-Erweiterung des klassischen, linear interpolierenden Linienintegrationsalgorithmus von Joseph entwickelt und mit typischen Alternativen verglichen. In Bezug auf die anisotrope Bildmodalität, die die Grundlage der Tensortomographie bildet, wird der Röntgen-Dunkelfeld-Kontrast umfassend besprochen. Die vorhandende Literatur wird dazu in einen gemeinsamen Kontext und eine gemeinsame Nomenklatur gebracht und mit neuen Überlegungen zu einer konsistenten Darstellung der Theorie zur Dunkelfeldsignalentstehung vervollständigt. Zentrale Ergebnisse werden dabei explizit anhand experimenteller Daten verifiziert, wobei besonders die Tomographie und die Eigenschaften anisotroper, faseriger Streuer im Vordergrund stehen. Um die ausgeprägte Empfindlichkeit interferometrischer Bilder auf feinste mechanische Instabilitäten zu kompensieren, wird ein effizientes Optimierungsverfahren zur Auswertung der Rohdaten aus Talbot-Interferometern entwickelt. Schließlich wird die Anwendbarkeit von linearen Tensor-Modellen in Bezug auf die hergeleiteten Anisotropie-Eigenschaften des Dunkelfeld-Kontrastes diskutiert, und ein iteratives Verfahren für die Rekonstruktion tensorwertiger Volumen aus Projektionsbildern vorgeschlagen. Die entwickelten Methoden werden effizient implementiert und auf Proben aus faserverstärktem Kunstoff angewandt, die dafür an der Bildgebungs-Strahllinie ID19 des Europäischen Synchrotrons ESRF abgebildet wurden. Die Ergebnisse stellen eine bisher einmalige Demonstration von Röntgen-Dunkelfeld-Tensor-Tomographie mit einem Sichtfeld von 3-4cm dar, wobei lokale Faserorientierung sowohl für komplex geformte als auch kontrastarme Objekte mit einer räumlichen Auflösung von 0.1mm in 3D dargestellt werden kann. Ein unabhängiger Vergleich mit Mikro-CT basierter Faser-Analyse bestätigt die Ergebnisse.
KW  - Dreidimensionale Rekonstruktion
KW  - Tomografie
KW  - Faserorientierung
KW  - Tensor
KW  - Bildgebendes Verfahren
KW  - X-Ray Dark-Field
KW  - Tensor Tomography
KW  - Volume Reconstruction
KW  - Fiber Orientation
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-281437
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TY  - THES
A1  - Heck, Klaus
T1  - Wireless LAN performance studies in the context of 4G networks
N2  - Wireless communication is nothing new. The first data transmissions based on electromagnetic waves have been successfully performed at the end of the 19th century. However, it took almost another century until the technology was ripe for mass market. The first mobile communication systems based on the transmission of digital data were introduced in the late 1980s. Within just a couple of years they have caused a revolution in the way people communicate. The number of cellular phones started to outnumber the fixed telephone lines in many countries and is still rising. New technologies in 3G systems, such as UMTS, allow higher data rates and support various kinds of multimedia services. Nevertheless, the end of the road in wireless communication is far from being reached. In the near future, the Internet and cellular phone systems are expected to be integrated to a new form of wireless system. Bandwidth requirements for a rich set of wireless services, e.g.\ video telephony, video streaming, online gaming, will be easily met. The transmission of voice data will just be another IP based service. On the other hand, building such a system is by far not an easy task. The problems in the development of the UMTS system showed the high complexity of wireless systems with support for bandwidth-hungry, IP-based services. But the technological challenges are just one difficulty. Telecommunication systems are planned on a world-wide basis, such that standard bodies, governments, institutions, hardware vendors, and service providers have to find agreements and compromises on a number of different topics. In this work, we provide the reader with a discussion of many of the topics involved in the planning of a Wireless LAN system that is capable of being integrated into the 4th generation mobile networks (4G) that is being discussed nowadays. Therefore, it has to be able to cope with interactive voice and video traffic while still offering high data rates for best effort traffic. Let us assume a scenario where a huge office complex is completely covered with Wireless LAN access points. Different antenna systems are applied in order to reduce the number of access points that are needed on the one hand, while optimizing the coverage on the other. No additional infrastructure is implemented. Our goal is to evaluate whether the Wireless LAN technology is capable of dealing with the various demands of such a scenario. First, each single access point has to be capable of supporting best-effort and Quality of Service (QoS) demanding applications simultaneously. The IT infrastructure in our scenario consists solely of Wireless LAN, such that it has to allow users surfing the Web, while others are involved in voice calls or video conferences. Then, there is the problem of overlapping cells. Users attached to one access point produce interference for others. However, the QoS support has to be maintained, which is not an easy task. Finally, there are nomadic users, which roam from one Wireless LAN cell to another even during a voice call. There are mechanisms in the standard that allow for mobility, but their capabilities for QoS support are yet to be studied. This shows the large number of unresolved issues when it comes to Wireless LAN in the context of 4G networks. In this work we want to tackle some of the problems.
KW  - Drahtloses lokales Netz
KW  - Wireless LAN
KW  - Voice-over-IP (VoIP)
KW  - Quality-of-Service (QoS)
KW  - IEEE 802.11e
KW  - 4G Networks
KW  - Wireless LAN
KW  - Voice-over-IP (VoIP)
KW  - Quality-of-Service (QoS)
KW  - IEEE 802.11e
KW  - 4G Networks
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-14896
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TY  - THES
A1  - Saal, Lena
T1  - Whole transcriptome profiling of compartmentalized motoneurons
T1  - Globale Transkriptomanalyse von kompartimentierten Motoneuronen
N2  - Spinal muscular atrophy and amyotrophic lateral sclerosis are the two most common devastating motoneuron diseases. The mechanisms leading to motoneuron degeneration are not resolved so far, although different hypotheses have been built on existing data. One possible mechanism is disturbed axonal transport of RNAs in the affected motoneurons. The underlying question of this study was therefore to characterize changes in transcript levels of distinct RNAs in cell culture models of spinal muscular atrophy and amyotrophic lateral sclerosis, especially in the axonal compartment of primary motoneurons.
To investigate this in detail we first established compartmentalized cultures of Primary mouse motoneurons. Subsequently, total RNA of both compartments was extracted
separately and either linearly amplified and subjected to microarray profiling or whole transcriptome amplification followed by RNA-Sequencing was performed. To make
the whole transcriptome amplification method suitable for compartmentalized cultures, we adapted a double-random priming strategy. First, we applied this method
for initial optimization onto serial dilutions of spinal cord RNA and later on to the compartmentalized motoneurons.
Analysis of the data obtained from wildtype cultures already revealed interesting results. First, the RNA composition of axons turned out to be highly similar to the somatodendritic compartment. Second, axons seem to be particularly enriched for transcripts related to protein synthesis and energy production. In a next step we
repeated the experiments by using knockdown cultures. The proteins depleted hereby are Smn, Tdp-43 and hnRNP R. Another experiment was performed by knocking down the non-coding RNA 7SK, the main interacting RNA of hnRNP R.
Depletion of Smn led to a vast number of deregulated transcripts in the axonal and somatodendritic compartment. Transcripts downregulated in the axons upon Smn depletion were especially enriched for GOterms related to RNA processing and encode proteins located in neuron projections including axons and growth cones.
Strinkingly, among the upregulated transcripts in the somatodendritic compartment we mainly found MHC class I transcripts suggesting a potential neuroprotective role.
In contrast, although knockdown of Tdp-43 also revealed a large number of downregulated transcripts in the axonal compartment, these transcripts were mainly
associated with functions in transcriptional regulation and RNA splicing. For the hnRNP R knockdown our results were again different. Here, we observed
downregulated transcripts in the axonal compartment mainly associated with regulation of synaptic transmission and nerve impulses. Interestingly, a comparison between deregulated transcripts in the axonal compartment of both hnRNP R and 7SK knockdown presented a significant overlap of several transcripts suggesting
some common mechanism for both knockdowns.
Thus, our data indicate that a loss of disease-associated proteins involved in axonal RNA transport causes distinct transcriptome alterations in motor axons.
N2  - Spinale Muskelatrophie und Amyotrophe Lateralsklerose zählen zu den beiden häufigsten und schwersten Motoneuronerkrankungen. Der zugrunde liegende
Mechanismus beider Krankheiten ist bis heute nicht geklärt, dennoch werden verschiedene Theorien diskutiert. Ein möglicher Grund ist ein gestörter axonaler
Transport von RNAs in den betroffenen Motoneuronen. Daraus folgernd ergab sich die zugrunde liegende Frage dieser Arbeit, ob Veränderungen in den
Transkriptleveln bestimmter RNAs unter krankheitsähnlichen Bedingungen vor allem im axonalen Kompartiment von primären Maus-Motoneuronen beobachtet werden können.
Um die Fragestellung genauer zu untersuchen, etablierten wir zuerst kompartimentierte Kulturen von primären Motoneuronen. Darauffolgend haben wir die totale RNA aus beiden Kompartimenten separat extrahiert und entweder diese linear amplifiziert und zur Microarrayanalyse gegeben oder wir führten eine Amplifikation des kompletten Transkriptoms mit anschließender RNA-Sequenzierung durch. Um die Amplifikation des kompletten Transkriptoms auch für die kompartimentierten Kulturen geeignet zu machen, verwendeten wir eine doublerandom
priming Strategie und haben diese entsprechend angepasst. Zuerst wendeten wir die Methode an Serienverdünnungen von RNA aus dem Rückenmark an, um die Methode zu optimisieren. Später benutzten wir die Methode ebenfalls für kompartimentierte Motoneurone.
Schon die Analyse der Wildtyp-Daten lieferte interessante Ergebnisse. Erstens, die Zusammensetzung der RNA in Axonen war höchst ähnlich zu der im somatodendritischen Kompartiment. Zweitens, in Axonen scheinen speziell
Transkripte angereichert zu sein, welche mit Proteinsynthese und Energieproduktion in Verbindung stehen. In einem nächsten Schritt wurden dann die Experimente unter Verwendung von Knockdown-Kulturen wiederholt. Die Proteine, die dabei vermindert
wurden waren Smn, Tdp-43 und hnRNP R. Ein weiteres Experiment wurde durchgeführt indem die nicht-codierende RNA 7SK verringert wurde. Die Depletion
von Smn führte zu einer hohen Anzahl an deregulierten Transkripten sowohl im axonalen, als auch im somatodendritischen Kompartiment. Transkripte, die im
axonalen Kompartiment nach Smn Depletion verringert waren, waren überwiegend für GOTerms angereichert, welche mit RNA Prozessierung in Verbindung stehen oder welche Proteine codieren, die in neuronalen Fortsätzen, einschließlich Axon und Wachstumskegel lokalisiert sind. Bemerkenswert ist, dass wir unter den
hochregulierten Transkripten im somatodendritischen Kompartiment überwiegend MHC Klasse I Transkripte gefunden haben. Dies könnte eine mögliche
neuroprotektive Rolle dieser Transkripte annehmen lassen. Im Gegensatz zu den Ergebnissen beim Smn Knockdown fanden wir beim Tdp-43 Knockdown ebenfalls eine große Anzahl an herunterregulierten Transkripten im axonalen Kompartiment,
diese sind allerdings überwiegend mit Funktionen in der Transkriptionsregulierung und beim RNA Splicing assoziiert. Die Ergebnisse des hnRNP R Knockdowns waren
ebenfalls unterschiedlich. Bei diesem fanden wir die herunteregulierten Transkripte im axonalen Kompartiment überwiegend mit einer Regulierung der synaptischen
Übertragung sowie mit Nervenimpulsen assoziiert. Interessanterweise zeigte ein Vergleich der deregulierten Transkripte sowohl im axonalen Kompartiment vom
hnRNP R Knockdown, als auch vom 7SK Knockdown eine signifikante Übereinstimmung mehrerer Transkripte. Dies lässt einen teilweise gemeinsamen Mechanismus für beide Genprodukte vermuten.
Somit deuten unsere Daten darauf hin, dass ein Verlust von krankheitsassoziierten Proteinen, die eine Rolle beim axonalen RNA-Transport spielen, zu verschiedenen
Transkriptomveränderungen in Axonen von Motoneuronen führt.
KW  - Axon
KW  - Motoneuron
KW  - Spinale Muskelatrophie
KW  - amyotrophic lateral sclerosis
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-140006
ER  - 
TY  - THES
A1  - Römer, Daniela
T1  - Where and how to build? Influence of social and environmental cues on nest building behavior in leaf-cutting ants
T1  - Wo und wie Bauen? Der Einfluss von sozialen und Umwelt-Hinweisen auf das Nestbauverhalten von Blattschneiderameisen
N2  - This thesis explores the influence of social and environmental cues on the nest building behavior of leaf-cutting ants. Especially, the investigations are aimed at evaluating the mechanisms of nest building and how the nest environment can spatially guide building responses that lead to an adaptive nest architecture.	 The emergence of nest chambers in the nest of the leaf-cutting ant Acromyrmex lundi were evaluated. Rather than excavating nest chambers in advance, at places where workers encounter suitable environmental conditions for brood and fungus rearing, these items have to be present at a site. When presented in the laboratory with a choice between two otherwise identical digging sites, offering suitable environmental conditions, but one containing brood, the workers displayed a higher excavation activity at the site where they encountered the putative content of a chamber. The shape of the excavated cavity was also more round and chamber-like. It is concluded that leaf-cutting ants respond to social cues during nest building. Excavation is a costly process and colonies have to spend a part of their energy stores on nest building, so that regulatory responses for the control of nest excavation are expected to occur. Worker density at the beginning of the digging process influenced digging activity while the presence of in-nest stores did not. Stored brood and fungus did however influence the architecture of the excavated nest, leading to the excavation of larger chambers and smaller tunnels. While self-organized mechanisms appear to be involved in the nest building process, the social cues of the ants’ environment during building clearly influence the nest architecture and lead to an adjustment of the nest size to the current space needs of the colony. Workers secondarily regulated nest size by the opportunistic refilling of unused space with excavated soil pellets. As the ants should provide suitable conditions for brood and fungus rearing, they should show a behavioral response to CO2 concentrations, as the gas is known to hinder fungus respiration. Workers of A. lundi did indeed avoid high CO2-levels for fungus rearing but actually preferred CO2-values in the range encountered close to the soil surface, where this species excavates their nests. However, different CO2-levels did not affect their excavation behavior. While fungus chambers make up part of a leaf-cutting ant nest, most leaf-cutting ants of the genus Atta also spent part of the colony’s energy on excavating large, voluminous chambers for waste disposal, rather than scattering the material aboveground. It is expected that leaf-cutting ants also show environmental preferences for waste management. In experiments Atta laevigata workers preferred deposition in a warm and dry environment and showed no preference for specific CO2-levels. The continued accumulation of waste particles in a waste chamber seems to be based on the use of volatiles. These originate from the waste itself, and seem to be used as an orientation cue by workers relocating the material. The ensuing large accumulation of waste at one site should result in the emergence of more voluminous chambers for waste disposal.
N2  - Diese Arbeit erforscht den Einfluss von sozialen und Umwelt-Hinweisen auf das Nestbauverhalten von Blattschneider-Ameisen. Die Untersuchungen sind besonders darauf gerichtet, die Mechanismen des Nestbaus zu erforschen, und wie die Umgebung des Nestes Bau-Antworten räumlich beeinflussen kann, wodurch eine adaptierte Nestarchitektur entsteht. Die Entstehung von Nestkammern in Nestern der Blattschneiderameise Acromyrmex lundi wurde untersucht. Anstatt Nestkammern im Voraus zu graben, an Orten an denen Arbeiterinnen geeignete Umweltbedingungen für Brut- und Pilzwachstum vorfinden, müssen diese Elemente an dieser Stelle anwesend sein. Wenn Arbeiter im Labor die Wahl hatten, an identischen Grabeorten zu graben, aber ein Grabeort ebenfalls Brut anbot, kam es zu einer höheren Grabeaktivität an dem Ort, an dem der voraussichtliche Inhalt einer Kammer, Brut und Pilz, anwesend war. Die Form des gegrabenen Hohlraumes war außerdem runder und entsprach mehr der einer Kammer. Es wurde geschlussfolgert, dass Blattschneiderameisen auf die Anwesenheit dieser sozialen Hinweise während des Nestbaus reagieren. Graben ist ein kostspieliger Prozess und Kolonien müssen einen Teil ihrer Energiereserven für den Nestbau aufwenden. Daher werden regulatorische Prozesse für die Kontrolle des Nestgrabens erwartet. Die Dichte der Arbeiter zu Beginn des Grabeprozesses beeinflusste die Grabeaktivität, während die Anwesenheit von Brut und Pilz dies nicht taten. Anwesende Brut und Pilz beeinflussten hingegen die Architektur des gegrabenen Nestes und führten zum Graben von größeren Kammern und kleineren Tunneln. Während Mechanismen der Selbst-Organisation am Nestbau-Prozess beteiligt sind, beeinflussen die sozialen Hinweise während des Nest-Baus anscheinend die Nest-Architektur und führen zu einer Anpassung der Nestgröße an die momentanen Ansprüche der Kolonie. Arbeiterinnen regulierten sekundär die Nestgröße, indem sie opportunistisch ungenutzten Platz mit ausgegrabenen Pellets auffüllen. Da die Ameisen Brut und Pilz unter geeigneten Umweltbedingungen entwickeln sollten, sollten sie Verhaltensantworten auf verschiedene CO2 Konzentrationen zeigen, da es bekannt ist, dass das Gas die Atmung des symbiontischen Pilzes negativ beeinflussen kann. Arbeiter vermieden in der Tat 4% CO2, zogen aber Konzentrationen von 1% CO2 vor, wie sie auch in den oberflächennahen Erdschichten vorzufinden sind, in denen die untersuchte Art, Acromyrmex lundi, ihre Nester gräbt. Allerdings beeinflussten höhere CO2 Konzentrationen nicht die Grabeaktivität der Arbeiterinnen. Während die Pilzkammern einen Teil eines Blattschneider-Nestes bilden, so verwenden die meisten Arten der Gattung Atta auch einen Teil der Energie der Kolonie auf das Graben von großen, voluminösen Abfallkammern, anstatt das Material an der Erdoberfläche zu verstreuen. Es wird daher erwartet, dass Blattschneiderameisen während der Abfallentsorgung bestimmte Präferenzen für ihre Umwelt zeigen. In Experimenten präferierten Arbeiterinnen von Atta laevigata eine warme und trockene Umgebung, zeigten jedoch keinerlei Präferenz für die CO2 Konzentration ihrer Umgebung. Die kontinuierliche Anhäufung von Abfallpartikeln in einer Abfallkammer scheint auf der Wahrnehmung von Volatilen zu basieren. Diese scheinen vom Abfall selbst auszugehen und zur Orientierung der abfalltragenden Arbeiterinnen zu dienen. Die darauf erfolgende Anhäufung von Abfall an einem Ort sollte zur Entstehung von großvolumigen Kammern zur Abfallentsorgung führen.
KW  - Nestbau
KW  - nest building
KW  - self-organization
KW  - leaf-cutting ant
KW  - environmental cues
KW  - symbiotic fungus
KW  - Blattschneiderameisen
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-109409
ER  - 
TY  - THES
A1  - Karch, Oliver
T1  - Where am I? - Indoor localization based on range measurements
T1  - Wo bin ich? - Lokalisation mit Hilfe von Entfernungsmesswerten
N2  - Nowadays, robotics plays an important role in increasing fields of application. There exist many environments or situations where mobile robots instead of human beings are used, since the tasks are too hazardous, uncomfortable, repetitive, or costly for humans to perform. The autonomy and the mobility of the robot are often essential for a good solution of these problems. Thus, such a robot should at least be able to answer the question "Where am I?". This thesis investigates the problem of self-localizing a robot in an indoor environment using range measurements. That is, a robot equipped with a range sensor wakes up inside a building and has to determine its position using only its sensor data and a map of its environment. We examine this problem from an idealizing point of view (reducing it into a pure geometric one) and further investigate a method of Guibas, Motwani, and Raghavan from the field of computational geometry to solving it. Here, so-called visibility skeletons, which can be seen as coarsened representations of visibility polygons, play a decisive role. In the major part of this thesis we analyze the structures and the occurring complexities in the framework of this scheme. It turns out that the main source of complication are so-called overlapping embeddings of skeletons into the map polygon, for which we derive some restrictive visibility constraints. Based on these results we are able to improve one of the occurring complexity bounds in the sense that we can formulate it with respect to the number of reflex vertices instead of the total number of map vertices. This also affects the worst-case bound on the preprocessing complexity of the method. The second part of this thesis compares the previous idealizing assumptions with the properties of real-world environments and discusses the occurring problems. In order to circumvent these problems, we use the concept of distance functions, which model the resemblance between the sensor data and the map, and appropriately adapt the above method to the needs of realistic scenarios. In particular, we introduce a distance function, namely the polar coordinate metric, which seems to be well suited to the localization problem. Finally, we present the RoLoPro software where most of the discussed algorithms are implemented (including the polar coordinate metric).
N2  - Heutzutage spielen autonome Roboter bei einer wachsenden Zahl von Anwendungsgebieten eine entscheidende Rolle. Sie werden überall dort anstelle von menschlichen Arbeitskräften eingesetzt, wo die jeweiligen Aufgaben für Menschen zu gefährlich, unangenehm, monoton oder schlicht zu teuer sind. Dabei sind die Autonomie und Mobilität des Roboters sehr oft grundlegend für eine gute Problemlösung. Ein solcher Roboter sollte also zumindest die Frage "Wo bin ich?" zufriedenstellend beantworten können. Diese Arbeit behandelt das Problem der Selbstlokalisation in einer Gebäudeumgebung mit Hilfe von Entfernungsmesswerten. Das heißt, ein Roboter - ausgestattet mit einem Entfernungssensor - wacht innerhalb eines Gebäudes auf und muss mit Hilfe seiner Sensordaten und einer Karte seiner Einsatzumgebung seine Position bestimmen. Wir betrachten eine idealisierte Variante dieser Aufgabe, die ein rein geometrisches Problem zum Inhalt hat, und untersuchen ein Verfahren von Guibas, Motwani und Raghavan aus dem Gebiet der Algorithmischen Geometrie, welches dieses löst. Hierbei spielen sogenannte Sichtbarkeitsskelette (vergröberte Darstellungen von Sichtbarkeitspolygonen) eine entscheidende Rolle. Im Hauptteil der Arbeit analysieren wir die Strukturen und die auftretenden Komplexitäten im Rahmen dieses Verfahrens. Es stellt sich heraus, dass die Hauptschwierigkeiten sogenannte überlappende Einbettungen von Skeletten in das Kartenpolygon zur Ursache haben, für die wir einige einschränkende Sichtbarkeitsbedingungen zeigen. Gestützt auf diese Resultate können wir die auftretenden Komplexitätsschranken dahingehend verbessern, dass wir diese nicht nur in Abhängigkeit der Gesamtzahl aller Kartenecken angeben, sondern in Abhängigkeit der Zahl der konkaven Ecken. Dies hat ebenfalls Auswirkungen auf die Worst-Case-Schranken für die Preprocessing-Komplexität des Verfahrens. Der zweite Teil der Arbeit vergleicht die anfangs gemachten idealisierenden Annahmen mit den Gegebenheiten realer Umgebungen und adressiert die auftretenden Probleme. Um diese zu umgehen verwenden wir das Konzept sogenannter Distanzfunktionen, welche die Ähnlichkeit zwischen den Sensordaten und der Karte modellieren, und passen das Verfahren auf geeignete Weise an die Bedürfnisse realistischer Szenarien an. Insbesondere führen wir eine Distanzfunktion ein - die Polarkoordinatenmetrik - welche sich für das Lokalisationsproblem besonders gut zu eignen scheint. Schlussendlich stellen wir die Software RoLoPro vor, in der die meisten der diskutierten Algorithmen (einschließlich der Polarkoordinatenmetrik) implementiert sind.
KW  - Autonomer Roboter
KW  - Mobiler Roboter
KW  - Lokalisation
KW  - Lokalisation
KW  - Autonomer Roboter
KW  - Sichtbarkeit
KW  - Ähnlichkeitsmaß
KW  - Algorithmische Geometrie
KW  - Localization
KW  - Autonomous Robot
KW  - Visibility
KW  - Similarity Measure
KW  - Computational Geometry
Y1  - 2002
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-8442
ER  - 
TY  - THES
A1  - Epstude, Kai
T1  - What you get is what you see? Comparisons influence the social induction of affect
T1  - Soziale Vergleiche beeinflussen sozial induzierten Affekt
N2  - The present research is concerned with the topic of socially induced affect. In previous research the focus was mainly on affective convergence. A prominent topic in that context was “emotional contagion” (Hatfield, Cacioppo, & Rapson, 1994). Affective divergence has been also been found. However, its influence on the theoretical debate remained weak. Besides research on emotions also social comparison research attended to the topic. In order to explain affective divergence and convergence an integrative model based on social comparison processes is proposed here. Based on the selective accessibility model (Mussweiler, 2003) it is assumed that affective convergence can be seen as assimilation to a comparison standard (the observed model). Therefore, the basic assumption is that a comparison between an observer and the model takes place. Affective divergence corresponds to an affective contrast from that standard. Which of these two phenomena occurs depends on the type of comparison processes that took place. Six experiments were conducted. In Experiment 1 it was shown that comparisons intensify the social induction of affect. The influence of the comparison focus was studied in Experiments 2 and 3. If the perceiver searches for similarities between the self and the model, affective convergence occurs. If differences are searched for, affective divergence is found. The latter is mainly found under special circumstances, e.g. if the model belongs to another social group (Experiment 3). In Experiment 1-3 it was shown comparisons influence the social induction of affect. In Experiment 4-6 the underlying processes were explored. The selective accessibility model (Mussweiler, 2003) attributes a central role to the selective activation of self-knowledge in order to explain judgmental assimilation and contrast. In Experiments 4 and 5 the role of the self was explored more thoroughly. Evidence for socially induced affect (affective convergence) has only been found when the self has been previously activated. When the self was not activated no such effect was found. The assumption that the activation of specific self-knowledge is the basis for socially induced affect was tested in Experiment 5. Results supported the assumption. The present experiments give rise to the assumption that social comparisons are a key element in the social induction of affect. Affective convergence and divergence are explained and processes for the affect induction are defined. The findings also have implications for research on automatic behaviour and especially to explain automatic contrast. In addition implications for social comparison research can be derived.
N2  - Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Thema des sozial induzierten Affekts. In der bisherigen Forschung das Hauptaugenmerk auf affektiv konvergierenden Zuständen. Besonders die Forschung aus zum Thema „emotionale Ansteckung“ leistete hier wichtige Beiträge (Hatfield, Cacioppo, & Rapson, 1994). Affektiv divergierende Zustände wurden zwar immer wieder gefunden, allerdings hatten sie kaum Einfluss auf die theoretische Debatte zu sozial induziertem Affekt. Neben Ansätzen aus dem Bereich der Emotionsforschung hat sich auch die Soziale Vergleichsforschung mit dem Thema der emotionalen Ansteckung beschäftigt. Um sowohl affektive Divergenz als auch affektive Konvergenz erklären zu können wird in der vorliegenden Arbeit ein Ansatz vorgeschlagen, der auf sozialen Vergleichsprozessen beruht. Basierend auf dem Modell der Selektiven Zugänglichkeit (Mussweiler, 2003) wird angenommen, dass affektive Konvergenz im Sinne einer Assimilation an einen Vergleichstandard (das beobachtete Modell) verstanden werden kann. Die Grundannahme ist demzufolge, dass ein sozialer Vergleich zwischen dem Beobachter und dem Modell stattfindet. Affektive Divergenz entspricht einer affektiven Kontrastierung von diesem Standard. Welcher der beiden Zustände auftritt hängt davon ab, welche Art von Vergleichsprozess abläuft. Es wurden insgesamt 6 Untersuchungen durchgeführt. In Experiment 1 wurde gezeigt, dass Vergleiche die soziale Induktion von Affekt verstärken. Der Einfluss der Vergleichsfokus’ wurde in den Experimenten 2 und 3 untersucht. Sucht der Beobachter nach Ähnlichkeiten zwischen sich selbst und dem Modell, kommt es zu affektiver Konvergenz. Sucht er nach Unterschieden zwischen sich und dem Modell, kommt es zu affektiver Divergenz. Die Suche nach Unähnlichkeiten und die damit verbundene affektive Divergenz tritt nur unter besonderen Umständen auf, z.B. wenn das Modell als Mitglied einer anderen sozialen Gruppe wahrgenommen wird (Experiment 3). Da der Effekt sozialer Vergleiche auf die Entstehung sozial induzierten Affekts durch die Experimente 1-3 nachgewiesen wurden, wurde in Experiment 4-6 versucht, näher auf die zugrundeliegenden Prozesse einzugehen. Das Modell selektiver Zugänglichkeit (Mussweiler, 2003) nimmt an, dass die spezifische Aktivierung von Selbstwissen, die wichtigste Determinante von Urteils-Assimilation oder Kontrast ist. In den Experiment 4 und 5 wurde die Rolle des Selbst daher näher untersucht. Es zeigte sich, dass Hinweise auf sozial induzierten Affekt (in Richtung affektiver Konvergenz) nur dann gefunden wurden, wenn das Selbst aktiviert ist. Wenn das Selbst nicht aktiviert ist, dann zeigte sich kein Einfluss der affektiven Reaktionen andere auf den Affekt eines Beobachters. Die Annahme, dass die Aktivierung spezifischen Selbstwissens der Entstehung sozial induzierten Affekts zugrunde liegt, wurde in Experiment 6 geprüft. Es zeigten sich eindeutige Hinweise für eine spezifische Aktivierung von Selbstwissen.Die hier dargestellten Untersuchungen geben Anlass zu der Annahme, dass soziale Vergleiche bei der sozialen Induktion von Affekt eine wichtige Rolle spielen. Es können affektive Divergenz und Konvergenz erklärt werden und es werden Prozesse für die Affektinduktion definiert. Die Befunde haben Implikationen für die Forschung zu automatischem Verhalten, da auch in diesem Forschungsbereich Kontrastreaktionen auftreten. Zusätzlich können Implikationen für die soziale Vergleichsforschung abgeleitet werden.
KW  - Soziale Vergleiche
KW  - Affekt
KW  - Emotionale Ansteckung
KW  - social comparison
KW  - affect
KW  - emotional contagion
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-14961
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TY  - THES
A1  - Schmitt, Nadine J. B.
T1  - What is integrity and how do we use it? – Enhancing the validity of integrity by reviewing integrity tests, expanding the nomological network, and reducing faking
T1  - Was ist Integrität und wie nutzen wir sie? –  Verbesserung der Validität von Integrität durch Überprüfung von Integritätstests, Erweiterung des nomologischen Netzwerkes und Reduzierung von Faking
N2  - This dissertation focuses on the construct and criterion validity of integrity tests and aims to enhance both. To accomplish this goal, three approaches were adopted: First, an overview and systematic comparison of integrity tests was conducted with reference to the construction and application of the tests. Second, the nomological network of integrity tests was expanded with reference to honesty-humility and organizational citizenship behavior at their factor  and facet level. Third, two promising methods to reduce faking on integrity tests were tested: the double rating method (Hui, 2001) and the indirect questioning technique. In line with previous research, the results of the overview and comparison of integrity measures confirmed that integrity tests are multidimensional and heterogenous. A clear definition of integrity is urgently needed. The personality trait of honesty-humility and its facets of fairness, and modesty revealed the most significant relationships to integrity. Moreover, organizational citizenship behavior and its facets of altruism, conscientiousness, and sportsmanship were found to significantly relate to integrity. Furthermore, integrity tests were able not only to predict organizational citizenship behavior but also to incrementally predict job performance and organizational citizenship behavior beyond the factor and facet level of the personality traits of conscientiousness and honesty-humility. In contrast to the indirect questioning technique, the double rating method, which includes an other rating and a self rating, was shown to be able to significantly reduce faking on integrity tests in an anonymous survey setting. This dissertation makes an important contribution to better explain the construct and nomological network of integrity, provide a more detailed view on integrity tests and their protection against faking, and expand the predictive and incremental validity of these tests. The implications for future research and practice are further discussed.
N2  - Der Fokus dieser Dissertation liegt sowohl auf der Konstrukt- als auch auf der Kriteriumsvalidität von Integritätstests und deren Erhöhung mit Hilfe von drei Ansätzen: (a) Ein Überblick und systematischer Vergleich von Integritätstests mit Bezug auf deren Konstruktion und Anwendung wird erstellt. (b) Das nomologische Netzwerk von Integrität wird erweitert mit Bezug auf Honesty-Humility und freiwilligem Arbeitsverhalten sowohl auf Faktoren- als auch Facettenebene. (c) Zwei vielversprechende Ansätze, um Faking in Integritätstests zu reduzieren, werden getestet: die Doppelte Fragemethode (Hui, 2001) und indirektes Fragen. Im Ergebnis zeigte sich, dass die Multidimensionalität und Heterogenität von Integritätstests bestätigt wurde. Eine klare Definition von Integrität ist dringend notwendig. Mit Blick auf das nomologische Netzwerk zeigte Honesty-Humility und deren Facetten Fairness und Bescheidenheit die höchsten signifikanten Korrelationen mit Integrität. Beim freiwilligen Arbeitsverhalten und deren Facetten Altruismus, Gewissenhaftigkeit und Unkompliziertheit wurden ebenfalls signifikante Zusammenhänge gefunden. Des Weiteren zeigte sich, dass Integritätstests inkrementelle Validität besitzen über die Faktoren und Facetten von Gewissenhaftigkeit und Honesty-Humility hinaus bei der Vorhersage von beruflicher Leistung und bei der Vorhersage von freiwilligem Arbeitsverhalten. Im Hinblick auf die Reduzierung von Faking zeigte nur die Doppelte Fragemethode (d.h. Fremd- und Selbsteinschätzung der Items) in der anonymen Forschungssituation eine signifikante Reduzierung. Diese Dissertation leistet einen wichtigen Beitrag zum besseren Verständnis des Konstruktes und nomologischen Netzwerkes der Integrität, bietet einen detaillierten Einblick in Integritätstests sowie deren Schutz vor Faking und verbessert die prognostische und inkrementelle Validität von Integritätstests. Die Implikationen für zukünftige Forschung und Praxis werden weiterführend diskutiert.
KW  - Integrität
KW  - Integrity
KW  - Integrity tests
KW  - Validity
KW  - Honesty-humility
KW  - OCB
KW  - Integrität
KW  - Integritätstests
KW  - Validität
KW  - Honesty-Humility
KW  - Freiwilliges Arbeitsverhalten
KW  - Psychologie
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-260468
ER  - 
TY  - THES
A1  - Klotzky, Jens
T1  - Well-posedness of a fluid-particle interaction model
T1  - Existenz und Eindeutigkeit von Entropielösungen eines Partikel-Fluid-Modells
N2  - This thesis considers a model of a scalar partial differential equation in the presence of a singular source term, modeling the interaction between an inviscid fluid represented by the Burgers equation and an arbitrary, finite amount of particles moving inside the fluid, each one acting as a point-wise drag force with a particle related friction constant. 
\begin{align*}
\partial_t u + \partial_x (u^2/2) &= \sum_{i \in N(t)} \lambda_i \Big(h_i'(t)-u(t,h_i(t)\Big)\delta(x-h_i(t))
\end{align*}
The model was introduced for the case of a single particle by Lagoutière, Seguin and Takahashi, is a first step towards a better understanding of interaction between fluids and solids on the level of partial differential equations and has the unique property of considering entropy admissible solutions and the interaction with shockwaves.
The model is extended to an arbitrary, finite number of particles and interactions like merging, splitting and crossing of particle paths are considered.
The theory of entropy admissibility is revisited for the cases of interfaces and discontinuous flux conservation laws, existing results are summarized and compared, and adapted for regions of particle interactions. To this goal, the theory of germs introduced by Andreianov, Karlsen and Risebro is extended to this case of non-conservative interface coupling.
Exact solutions for the Riemann Problem of particles drifting apart are computed and analysis on the behavior of entropy solutions across the particle related interfaces is used to determine physically relevant and consistent behavior for merging and splitting of particles. Well-posedness of entropy solutions to the Cauchy problem is proven, using an explicit construction method, L-infinity bounds, an approximation of the particle paths and compactness arguments to obtain existence of entropy solutions. Uniqueness is shown in the class of weak entropy solutions using almost classical Kruzkov-type analysis and the notion of L1-dissipative germs.
Necessary fundamentals of hyperbolic conservation laws, including weak solutions, shocks and rarefaction waves and the Rankine-Hugoniot condition are briefly recapitulated.
N2  - Diese Arbeit befasst sich mit dem Modell einer skalaren partiellen Differentialgleichung mit singulärem Quellterm, das die Interaktion zwischen einem reibungsfreiem Fluid, dargestellt durch die Burgers Gleichung, und einer gegebenen, endlichen Menge von sich in dem Fluid bewegenden Partikeln beschreibt, die eine punktweise Zugkraft auf das Fluid auswirken und durch eine entsprechende Reibungskonstante charakterisiert sind.
\begin{align*}
\partial_t u + \partial_x (u^2/2) &= \sum_{i \in N(t)} \lambda_i \Big(h_i'(t)-u(t,h_i(t)\Big)\delta(x-h_i(t))
\end{align*}
Das Modell wurde für den Fall der Interaktion mit einem einzelnen Partikel durch Lagoutière, Seguin and Takahashi eingeführt, stellt einen ersten Schritt zu einem besseren Verständnis der Interaktion zwischen einem Fluid und Festkörpern auf dem Level der partiellen Differentialgleichungen dar und hat die einzigartige Eigenschaft, dass Entropielösungen und die Interaktion mit Schockwellen berücksichtigt werden.
Das Modell wird zu einer beliebigen, endlichen Anzahl von Partikeln erweitert und Interaktionen wie das Verschmelzen und Spaltung von Partikeln werden behandelt.
Existierende Theorie der Entropie-Zulässigkeit im Hinblick auf Interfaces und Erhaltungsgleichungen mit unstetiger Flussfunktion wird zusammengefasst, die Resultate werden verglichen und für die Regionen mit Partikelinteraktionen angepasst. Zu diesem Zweck wird die Theorie der Germs, eingeführt von Andreianov, Karlsen und Risebro, auf den vorliegenden Fall eines nicht-erhaltenden Interfaces erweitert.
Für das Riemann Problem von auseinanderdriftenden Partikeln werden die exakten Lösungen berechnet und eine Analyse des Verhaltens von Entropielösungen über die von den Partikeln erzeugten Interface wird genutzt, um ein physikalisch sinnvolles und mit der Theorie eines einzelnen Partikels konsistentes Verhalten beim Verschmelzen und Spalten von Partikeln herzuleiten. Mit Hilfe einer expliziten Konstruktionsmethode, hergeleiteten L-infinity Beschränkungen, einer Approximation der Partikelpfade und Kompaktheitsargumenten wird  gezeigt, dass das entsprechende Cauchy Problem wohlgestellt ist. Eindeutigkeit im Raum der schwachen Entropielösungen wird mit beinahe klassischen Argumenten der Theorie von Kruzkov sowie der Theorie von L1-dissipativen Germs gezeigt.
Notwendige Grundlagen zu hyperbolischen Erhaltungsgleichungen, unter anderem die Theorie schwacher Lösungen, Schock- und Verdünnungswellen sowie die Rankine-Hugoniot Bedingung, werden in Grundzügen am Anfang der Arbeit wiederholt.
KW  - Hyperbolische Differentialgleichung
KW  - Entropielösung
KW  - Fluid-Partikel-Strömung
KW  - Burgers-Gleichung
KW  - Korrekt gestelltes Problem
KW  - Existenz und Eindeutigkeit
KW  - Entropiebedingung
KW  - Well-posedness
KW  - Entropy admissibility condition
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-169009
ER  - 
TY  - THES
A1  - Rehberg, Martin
T1  - Weighted uniform distribution related to primes and the Selberg Class
T1  - Gewichtete Gleichverteilung im Zusammenhang mit Primzahlen und der Selberg-Klasse
N2  - In the thesis at hand, several sequences of number theoretic interest will be studied in the context of uniform distribution modulo one. <br>
<br>
In the first part we deduce for positive and real \(z\not=1\) a discrepancy estimate for the sequence \( \left((2\pi )^{-1}(\log z)\gamma_a\right) \),
where \(\gamma_a\) runs through the positive imaginary parts of the nontrivial \(a\)-points of the Riemann zeta-function. If the considered imaginary
parts are bounded by \(T\), the discrepancy of the sequence \( \left((2\pi )^{-1}(\log z)\gamma_a\right) \) tends to zero like
\( (\log\log\log T)^{-1} \) as \(T\rightarrow \infty\). The proof is related to the proof of Hlawka, who determined a discrepancy estimate for the
sequence containing the positive imaginary parts of the nontrivial zeros of the Riemann zeta-function. <br>
<br>
The second part of this thesis is about a sequence whose asymptotic behaviour is motivated by the sequence of primes. If \( \alpha\not=0\) is real
and \(f\) is a function of logarithmic growth, we specify several conditions such that the sequence \( (\alpha f(q_n)) \) is uniformly distributed
modulo one. The corresponding discrepancy estimates will be stated. The sequence \( (q_n)\) of real numbers is strictly increasing and the conditions
on its counting function \( Q(x)=\#\lbrace q_n \leq x \rbrace \) are satisfied by primes and primes in arithmetic progessions. As an application we
obtain that the sequence \( \left( (\log q_n)^K\right)\) is uniformly distributed modulo one for arbitrary \(K>1\), if the \(q_n\) are primes or primes
in arithmetic progessions. The special case that \(q_n\) equals the \(\textit{n}\)th prime number \(p_n\) was studied by Too, Goto and Kano. <br>
<br>
In the last part of this thesis we study for irrational \(\alpha\) the sequence \( (\alpha p_n)\) of irrational multiples of primes in the context of
weighted uniform distribution modulo one. A result of Vinogradov concerning exponential sums states that this sequence is uniformly distributed modulo one.
An alternative proof due to Vaaler uses L-functions. We extend this approach in the context of the Selberg class with polynomial Euler product. By doing so, we obtain
two weighted versions of Vinogradov's result: The sequence \( (\alpha p_n)\) is \( (1+\chi_{D}(p_n))\log p_n\)-uniformly distributed modulo one, where
\( \chi_D\) denotes the Legendre-Kronecker character. In the proof we use the Dedekind zeta-function of the quadratic number field \( \Bbb Q (\sqrt{D})\).
As an application we obtain in case of \(D=-1\), that \( (\alpha p_n)\) is uniformly distributed modulo one, if the considered primes are congruent to
one modulo four. Assuming additional conditions on the functions from the Selberg class we prove that the sequence \( (\alpha p_n) \) is also
\( (\sum_{j=1}^{\nu_F}{\alpha_j(p_n)})\log p_n\)-uniformly distributed modulo one, where the weights are related to the Euler product of the function.
N2  - In der vorliegenden Arbeit werden verschiedene zahlentheoretisch interessante Folgen im Kontext der Theorie der Gleichverteilung modulo eins untersucht. <br>
<br>
Im ersten Teil wird für positiv reelles \( z\not = 1\) für die Folge \( \left((2\pi )^{-1}(\log z)\gamma_a\right) \) eine Diskrepanzabschätzung hergeleitet,
wobei \( \gamma_a\) die positiven Imaginärteile der nichttrivialen \(a\)-Stellen der Riemannschen Zetafunktion durchlaufe: Sind die eingehenden Imaginäteile
durch \(T\) beschränkt, dann strebt für \(T\rightarrow \infty\) die Diskrepanz der Folge \( \left((2\pi )^{-1}(\log z)\gamma_a\right) \) wie
\( (\log\log\log T)^{-1}\) gegen Null. Der Beweis knüpft an das Vorgehen von Hlawka an, welcher eine Diskrepanzabschätzung für die Folge, in der die
positiven Imaginärteile der nichttrivialen Nullstellen der Riemannschen Zetafunktion eingehen, ermittelte. <br>
<br>
Der zweite Teil der Arbeit widmet sich einer Folge deren Wachstumsverhalten durch Primzahlen motiviert ist. Ist \(\alpha\not = 0\) reell und \(f\) eine
logarithmisch wachsende Funktion, dann werden mehrere Bedingungen an \(f\) angegeben, unter denen die Folge \( (\alpha f(q_n)) \) gleichverteilt modulo eins
ist. Entsprechende Diskrepanzabschätzungen der Folgen werden angegeben. Die Folge reeller Zahlen \( (q_n) \) ist selbst streng wachsend und die Bedingungen,
die dabei an deren Zählfunktion \(Q(x)=\#\lbrace q_n \leq x \rbrace\) gestellt werden, sind von Primzahlen und Primzahlen in arithmetischen Progressionen
erfällt. Als Anwendung ergibt sich, dass die Folge \( \left( (\log q_n)^K\right) \) für beliebiges \(K>1\) gleichverteilt modulo eins ist, etwa wenn die
\(q_n\) Primzahlen oder Primzahlen in arithmetischen Progessionen durchlaufen. Der Spezialfall das \(q_n\) als die \(n\)te Primzahl \(p_n\) gewählt wird,
wurde von Too, Goto und Kano untersucht. <br>
<br>
Im letzten Teil der Arbeit wird für irrationales \(\alpha\) die Folge \( (\alpha p_n) \) irrationaler Vielfacher von Primzahlen im Rahmen der gewichteten
Gleichverteilung modulo eins untersucht. Nach einem Resultat von Vinogradov über Exponentialsummen ist diese Folge gleichverteilt modulo eins. Ein
alternativer Beweis von Vaaler verwendet L-Funktionen. Dieser Ansatz wird im Kontext von Funktionen aus der Selberg-Klasse mit polynomiellem Eulerprodukt
ausgebaut. Dabei werden zwei gewichtete Versionen des vinogradovschen Resultats gewonnen: Die Folge \( (\alpha p_n) \) ist
\( (1+\chi_{D}(p_n))\log p_n\)-gleichverteilt modulo eins, wobei \(\chi_{D}\) den Legendre-Kronecker Charakter bezeichnet. Der Beweis verwendet die
Dedekindsche Zetafunktion zum quadratischen Zahlkörper \(\Bbb Q (\sqrt{D})\). Als Anwendung ergibt sich etwa für \(D=-1\), dass \( (\alpha p_n) \)
gleichverteilt modulo eins ist, wenn die durchlaufenen Primzahlen kongruent zu eins modulo vier sind. Unter zusätzlichen Bedingungen an die Funktionen aus
der Selberg-Klasse lässt sich weiter zeigen, das die Folge \( (\alpha p_n) \) auch \( (\sum_{j=1}^{\nu_F}{\alpha_j(p_n)})\log p_n\)-gleichverteilt modulo
eins, wobei die Gewichte in direktem Zusammenhang mit dem Eulerprodukt der Funktion stehen.
KW  - Zahlentheorie
KW  - weighted uniform distribution modulo one
KW  - gewichtete Gleichverteilung modulo eins
KW  - Selberg Class
KW  - prime number
KW  - quadratic number field
KW  - Selberg Klasse
KW  - Diskrepanz
KW  - Primzahl
KW  - Selbergsche L-Reihe
KW  - Quadratischer Zahlkörper
KW  - Zetafunktion
KW  - Gleichverteilung
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-209252
ER  - 
TY  - THES
A1  - Scherz, Jan
T1  - Weak Solutions to Mathematical Models of the Interaction between Fluids, Solids and Electromagnetic Fields
T1  - Schwache Lösungen für mathematische Modelle der Wechselwirkung zwischen Flüssigkeiten, Festkörpern und elektromagnetischen Feldern
N2  - We analyze the mathematical models of two classes of physical phenomena. The first class of phenomena we consider is the interaction between one or more insulating rigid bodies and an electrically conducting fluid, inside of which the bodies are contained, as well as the electromagnetic fields trespassing both of the materials. We take into account both the cases of incompressible and compressible fluids. In both cases our main result yields the existence of weak solutions to the associated system of partial differential equations, respectively. The proofs of these results are built upon hybrid discrete-continuous approximation schemes: Parts of the systems are discretized with respect to time in order to deal with the solution-dependent test functions in the induction equation. The remaining parts are treated as continuous equations on the small intervals between consecutive discrete time points, allowing us to employ techniques which do not transfer to the discretized setting. Moreover, the solution-dependent test functions in the momentum equation are handled via the use of classical penalization methods. 

The second class of phenomena we consider is the evolution of a magnetoelastic material. Here too, our main result proves the existence of weak solutions to the corresponding system of partial differential equations. Its proof is based on De Giorgi's minimizing movements method, in which the system is discretized in time and, at each discrete time point, a minimization problem is solved, the associated Euler-Lagrange equations of which constitute a suitable approximation of the original equation of motion and magnetic force balance. The construction of such a minimization problem is made possible by the realization that, already on the continuous level, both of these equations can be written in terms of the same energy and dissipation potentials. The functional for the discrete minimization problem can then be constructed on the basis of these potentials.
N2  - Wir analysieren die mathematischen Modelle von zwei Arten physikalischer Phänomene. Die erste Art von Phänomenen, die wir betrachten, ist die Wechselwirkung zwischen einem oder mehreren isolierenden starren Körpern und einem elektrisch leitenden Fluid, das die Körper umgibt, sowie den elektromagnetischen Feldern in beiden Materialien. Wir untersuchen sowohl den Fall inkompressibler als auch kompressibler Fluide. In beiden Fällen liefert unser Hauptresultat die Existenz von schwachen Lösungen für das zugehörige System partieller Differentialgleichungen. Die Beweise dieser Resultate beruhen auf hybriden diskret-kontinuierlichen Approximationsmethoden: Teile der Systeme werden in der Zeit diskretisiert, um das Problem der lösungsabhängigen Testfunktionen in der Induktionsgleichung zu bewältigen. Die verbleibenden Gleichungen werden als kontinuierliche Gleichungen auf den kleinen Intervallen zwischen aufeinanderfolgenden diskreten Zeitpunkten behandelt, sodass wir Techniken anwenden können, die sich nicht auf das diskretisierte System übertragen lassen. Darüber hinaus wird das Problem der lösungsabhängigen Testfunktionen in der Impulsgleichung durch die Verwendung klassischer Penalisierungsmethoden gelöst. Die zweite Art von Phänomenen, die wir betrachten, ist die Entwicklung eines magnetoelastischen Materials. Auch hier beweist unser Hauptresultat die Existenz schwacher Lösungen für das zugehörige System partieller Differentialgleichungen. Der Beweis basiert auf der Methode von De Giorgi, bei der das System in der Zeit diskretisiert und in jedem diskreten Zeitpunkt ein Minimierungsproblem gelöst wird, dessen zugehörige Euler-Lagrange-Gleichungen eine geeignete Approximation an die ursprüngliche Bewegungsgleichung und mikromagnetische Gleichung darstellen. Die Konstruktion eines solchen Minimierungsproblems wird durch die Erkenntnis ermöglicht, dass diese beiden Gleichungen bereits im kontinuierlichen System mithilfe derselben Energie- und Dissipationspotenziale ausgedrückt werden können. Das Funktional für das diskrete Minimierungsproblem kann dann auf Grundlage dieser Potenziale konstruiert werden.
KW  - Fluid-Struktur-Wechselwirkung
KW  - Magnetoelastizität
KW  - Magnetohydrodynamik
KW  - Navier-Stokes-Gleichung
KW  - Zeitdiskrete Approximation
KW  - Fluid-structure interaction
KW  - Magnetoelasticity
KW  - Magnetohydrodynamics
KW  - Minimizing movements
KW  - Navier-Stokes equations
KW  - Rothe method
Y1  - 2024
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-349205
ER  - 
TY  - THES
A1  - Fritze, Lars
T1  - Ways to Novel Inorganic-Organic Hybrid Materials Applying New B–C Bond Formation Strategies
T1  - Wege zu neuartigen anorganisch-organischen Hybridmaterialien durch Anwendung von neuen B–C Kupplungsstrategien
N2  - π-Conjugated oligomers and polymers with tricoordinate boron centers incorporated into the main chain have attracted considerable attention as the interaction of the vacant p orbital on boron with an adjacent π system of the chain leads to conjugated materials with intriguing optical and electronic properties. This enables applicability in organic electronics and optoelectronics (OLEDs, OFETs, photovoltaics) or as sensory materials.
The potential of our B–C coupling protocol using metal-free catalytic Si/B exchange condensation is demonstrated by the synthesis of a series of π-conjugated monodisperse (het)aryl oligoboranes. Variation of the (het)aryl moieties allowed for tunability of the optoelectronic properties of the materials. Additionally, catalytic C–C cross-coupling strategies were applied to synthesize oligofuryl-based mono- and bisboranes, as well as polymers. These studies led to very robust and highly emissive compounds (f up to 97 %), which allow for tuning of their emission color from blue to orange. Furthermore, this work includes investigations of reaction routes to a kinetically stabilized tetraoxaporphyrinogen.
Being a key aspect of this work, a full investigation of the mechanism of the catalytic Si/B exchange was carried out. Additionally, this work presents the use of borenium cations to perform B–C coupling via intermolecular electrophilic borylation. Similar to the Si/B exchange, this route is capable of giving access to diaryl(bromo)boranes.
N2  - π-konjugierte Oligomere und Polymere mit dreifach koordinierten Bor-Zentren, die in die Hauptkette eingebaut sind, haben große Aufmerksamkeit erregt, da die Wechselwirkung des vakanten p-Orbitals am Bor mit dem π-System der Kette zu konjugierten Materialien mit faszinierenden optischen und elektronischen Eigenschaften führt. Dies ermöglicht die Anwendbarkeit in organischer Elektronik und Optoelektronik (OLEDs, OFETs, Photovoltaik) oder als sensorische Materialien.
Das Potenzial unseres B–C-Kupplungsprotokolls unter Verwendung der metallfreien katalytischen Si/B-Austauschskondensation wird durch die Synthese einer Reihe von π-konjugierten monodispersen (Het)aryl-Oligoboranen demonstriert. Durch Variation der (Het)aryl-Anteile konnten die optoelektronischen Eigenschaften der Materialien eingestellt werden. Zusätzlich wurden katalytische C–C-Kreuzkupplungsstrategien angewandt, um Oligofuryl-basierte Mono- und Bisborane sowie Polymere zu synthetisieren. Diese Untersuchungen führten zu sehr robusten und stark emittierenden Verbindungen (f bis zu 97 %), die die Einstellung ihrer Emissionsfarbe von blau bis orange ermöglichen. Weiterhin beinhaltet diese Arbeit Untersuchungen von Reaktionswegen zu einem kinetisch stabilisierten Tetraoxaporphyrinogen.
Als ein Schlüsselaspekt dieser Arbeit wurde eine vollständige Untersuchung des Mechanismus des katalytischen Si/B-Austauschs durchgeführt. Zusätzlich wird in dieser Arbeit die Verwendung von Borenium-Kationen zur Durchführung von B–C-Kupplungen über intermolekulare elektrophile Borylierungen vorgestellt. Ähnlich wie beim Si/B-Austausch kann dieser Weg genutzt werden, um Zugang zu Diaryl(bromo)boranen zu geben.
KW  - Konjugierte Polymere
KW  - Borverbindungen
KW  - Kation
KW  - Furanderivate
KW  - Silizium-Bor-Austausch
KW  - B–C-Kupplung
KW  - C–C-Kupplung
KW  - Furylborane
KW  - C–H Aktivierung
KW  - Silicon-Boron exchange
KW  - B–C coupling
KW  - C–C coupling
KW  - Furylboranes
KW  - C–H activation
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-242173
ER  - 
TY  - THES
A1  - Then, Patrick
T1  - Waveguide-based single molecule detection in flow
T1  - Wellenleiter-basierte Einzelmoleküldetektion in Strömungen
N2  - In this work fluorescence-based single molecule detection at low concetration is investigated, with an emphasis on the usage of active transport and waveguides.
Active transport allows to overcome the limits of diffusion-based systems in terms of the lowest detectable threshold of concentration.
The effect of flow in single molecule experiments is investigated and a theoretical model is derived for laminar flow. 
Waveguides on the other hand promise compact detection schemes and show great potential for their possible integration into lab-on-a-chip applications. Their properties in single molecule experiments are analyzed with help of a method based on the reciprocity theorem of electromagnetic theory.
N2  - Diese Arbeit untersucht fluoreszenzbasierte Einzelmoleküldetektion bei niedrigen Konzentrationen, mit einem Fokus auf den Einsatz von aktivem Transport und Wellenleitern.
Aktiver Transport ermöglicht es, Limitierungen von diffusionsbasierten Systemen im Hinblick auf die niedrigste erreichbare Konzentration zu überwinden.
Der Einfluss von Strömungen auf Einzelmolekülexperimente wird untersucht und ein theoretisches Modell für laminare Strömungen hergeleitet.
Wellenleiter hingegen versprechen kompakte Detektorsysteme und zeigen beträchtliches Potential für eine mögliche Integration in lab-on-a-chip Anwendungen. Ihre Eigenschaften in Einzelmolekülexperimenten werden mithilfe einer auf dem Reziprozitätstheorem aus der elektromagnetischen Theorie basierenden Methode analysiert.
KW  - Optik
KW  - physics
KW  - optics
KW  - waveguides
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-140548
ER  - 
TY  - THES
A1  - Richter, Julian Alexander Jürgen
T1  - Wave-CAIPI for Accelerated Dynamic MRI of the Thorax
T1  - Beschleunigte Dynamische MR-Bildgebung des Thorax mit wave-CAIPI
N2  - In summary, the wave-CAIPI k-space trajectory presents an efficient sampling strategy for accelerated MR acquisitions. Using wave-CAIPI in parallel imaging reconstructions leads to a reduced noise level in the reconstructed images, compared to the Cartesian standard trajectory. This effect could be quantified by means of noise and SNR calculations. An SNR gain can be traded for a reduced scan time, i.e., additional undersampling, or for an enhanced image quality, keeping scan time constant.

Acceleration of MR imaging is especially important in dynamic applications, since these examinations are inherently time-consuming. The impact of wave-CAIPI sampling on image quality and its potential for scan time reduction was investigated for two dynamic applications: self-gated dynamic 3D lung MRI during free breathing and cardiac 4D flow MRI.

Dynamic 3D Lung MRI
By employing wave-CAIPI sampling in self-gated, free-breathing dynamic 3D lung MRI for the purpose of radiotherapy treatment planning, the image quality of accelerated scans could be enhanced. Volunteer examinations were used to quantify image quality by means of similarity between accelerated and reference images. To this end, the normalized mutual information and the root-mean-square error were chosen as quantitative image similarity measures. 

The wave-CAIPI sampling was shown to exhibit superior quality, especially for short scan times. The values of the normalized mutual information were (10.2 +- 7.3)% higher in the wave-CAIPI case -- the root-mean-square error was (18.9 +- 13.2)% lower on average. SNR calculations suggest an average SNR benefit of around 14% for the wave-CAIPI, compared to Cartesian sampling. 

Resolution of the lung in 8 breathing states can be achieved in only 2 minutes. By using the wave-CAIPI k-space trajectory, precise tumor delineation and assessment of respiration-induced displacement is facilitated.


Cardiac 4D Flow MRI
In 4D flow MRI, acceleration of the image acquisition is essential to incorporate the corresponding scan protocols into clinical routine. In this work, a retrospective 6-fold acceleration of the image acquisition was realized. Cartesian and wave-CAIPI 4D flow examinations of healthy volunteers were used to quantify uncertainties in flow parameters for the respective sampling schemes. 

By employing wave-CAIPI sampling, the estimated errors in flow parameters in 6-fold accelerated scans could be reduced by up to 55%. Noise calculations showed that the noise level in 6-fold accelerated 4D flow acquisitions with wave-CAIPI is 43% lower, compared to Cartesian sampling. Comparisons between Cartesian and wave-CAIPI 4D flow examinations with a prospective acceleration factor R=2 revealed small, but partly statistically significant discrepancies. Differences between 2-fold and 6-fold accelerated wave-CAIPI scans are comparable to the differences between Cartesian and wave-CAIPI examinations at R=2.

Wave-CAIPI 4D flow acquisitions of the aorta could be performed with an average, simulated scan time of under 4 minutes, with reduced uncertainties in flow parameters. Important visualizations of hemodynamic flow patterns in the aorta were only slightly affected by undersampling in the wave-CAIPI case, whereas for Cartesian sampling, considerable discrepancies were observed.
N2  - Die wave-CAIPI k-Raum Trajektorie stellt eine effiziente Methode für beschleunigte MRT Akquisitionen dar. Die Benutzung der wave-CAIPI Trajektorie anstelle der kartesischen Standardmethode in der parallelen Bildgebung führt zu einem reduzierten Rausch-Niveau in den rekonstruierten Bildern. Dieser Effekt kann durch Berechnungen des Rauschpegels und des Signal-zu-Rausch Verhältnisses (SNR) quantifiziert werden. Das höhere Signal-zu-Rausch Verhältnis kann genutzt werden, um entweder die Akquisition durch eine höhere Unterabtastung zu beschleunigen, oder um die Bildqualität zu verbessern. 

Die Beschleunigung von MRT Akquisitionen ist besonders in dynamischen Anwendungen wichtig, da diese Untersuchungen inhärent sehr zeitaufwendig sind. Der Einfluss der wave-CAIPI Methode auf die Bildqualität und das Beschleunigungspotenzial der Messung wurde in dieser Arbeit sowohl für selbst-navigierte, dynamische 3D Lungenbildgebung, als auch für 4D Fluss MRTs des Herzens untersucht

Dynamische 3D Lungen MRT
Durch die Verwendung der wave-CAIPI Samplingmethode konnte die Bildqualität von selbst-navigierten, dynamischen 3D Lungen MRTs bei freier Atmung verbessert werden. Eine wichtige Anwendung dieser Technik liegt im Bereich der Strahlentherapieplanung. Dabei wurde im Rahmen einer Probandenstudie die Bildqualität anhand der Ähnlichkeit zwischen beschleunigten Bildern und den jeweiligen Referenzen quantifiziert. Zu diesem Zweck wurden die normalized mutual information und der root-mean-square error als quantitative Maße gewählt.

Es konnte gezeigt werden, dass -- besonders bei kurzen Akquisitionszeiten -- die wave-CAIPI Methode zu besserer Bildqualität führte, verglichen mit dem kartesischen Standard. Berechnungen der normalized mutual information ergaben im Mittel (10.2 +- 7.3)% höhere Werte für die wave-CAIPI Methode -- der root-mean-square error war (18.9 +- 13.2)% geringer. Darüber hinaus lieferte die wave-CAIPI ein um etwa 14% höheres mittleres SNR. 

In 2 Minuten konnte die Atembewegung der Lunge in 8 Atemzustände aufgelöst werden. Eine präzise Tumor-Abgrenzung und die Evaluierung von respirationsinduzierten Tumorbewegungen wird durch die Verwendung der wave-CAIPI Methode vereinfacht.

4D Fluss Herz MRT
Die Beschleunigung von 4D Fluss MRTs ist essentiell, um solche Untersuchungen in die klinische Routine zu integrieren. In der präsentierten Arbeit wurde eine 6-fache retrospektive Beschleunigung realisiert. 4D Fluss Untersuchungen von gesunden Probanden mit der wave-CAIPI und mit der kartesischen Samplingmethode wurden verwendet, um Unsicherheiten in verschiedenen Flussparametern für die beiden Samplingmethoden zu berechnen.

Dabei zeigte sich, dass die geschätzten Fehler in den Flussparametern der 6-fach beschleunigten wave-CAIPI Untersuchungen bis zu 55% geringer sind als die Fehler der kartesischen Messungen. Ferner zeigten Rausch-Analysen, dass die beschleunigten wave-CAIPI Aufnahmen ein um 43% geringeres Rausch-Niveau aufweisen. Vergleiche zwischen Flussparametern, die aus 2-fach beschleunigten wave-CAIPI und kartesischen Messungen berechnet wurden, zeigten kleine, aber teilweise statistisch signifikante Unterschiede zwischen den beiden Methoden. Unterschiede zwischen 2-fach und 6-fach beschleunigten wave-CAIPI Aufnahmen sind vergleichbar mit den Unterschieden zwischen der wave-CAIPI  Methode und der kartesischen Methode bei R=2.

Wave-CAIPI 4D Fluss Aufnahmen des Herzens konnten mit einer mittleren, simulierten Aufnahmezeit von unter 4 Minuten durchgeführt werden. Die effizientere Samplingmethode ermöglichte dabei erheblich reduzierte Unsicherheiten in den berechneten Flussparametern. Wichtige Visualisierungen des Blutflusses in der Aorta wurden im Falle der wave-CAIPI Methode kaum von der Unterabtastung beeinflusst. Hingegen wiesen die Visualisierungen der beschleunigten kartesischen Messungen erhebliche Diskrepanzen auf.
KW  - Magnetresonanztomographie
KW  - Lunge
KW  - Herz
KW  - Fluss
KW  - Lung
KW  - Heart
KW  - Flow
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-232071
ER  - 
TY  - THES
A1  - Elbracht, Oliver
T1  - Wave Extraction in Numerical Relativity
T1  - Extraktion von Gravitationswellen in numerischer Relativitätstheorie
N2  - Diese Arbeit konzentriert sich auf eine fundamentale Problematik der numerischen Relativitätstheorie: Die Extraktion von Gravitationswellen in einer eich- und koordinateninvarianten Formulierung, um ein physikalisch interpretierbares Objekt zu erhalten. Es wird eine neue Methodik entwickelt, um die physikalisch relevanten Größen aus einer numerisch erzeugten Raumzeit zu extrahieren. Wir präsentieren eine allgemeingültige kanonische Formulierung der Weyl Skalare im Newman-Penrose Formalismus als eine Funktion von fundamentalen Raumzeit-Invarianten. Dadurch zeigt sich, dass mit Hilfe dieser Methodik die explizite Konstruktion eines Vierbeins vollständig redundant ist. Als weiteren Schwerpunkt charakterisieren wir innerhalb des Newman-Penrose Formalismus eine spezielle Untergruppe von Tetraden, die transversen Frames. Es wird eine bisher unbekannte Verbindung zwischen den primär genutzen Vierbeinen für die Extraktion der Wellenform abgeleitet, dem Gram-Schmidt Vierbein und dem quasi-Kinnersley Vierbein. Abschliessend studieren wir die Abhängigkeit der Gravitationswellen eines gestörten Schwarzen Loches vom verwendeten Vierbein. Wir berechnen die Form der Gravitationswellen in dieser Raumzeit und demonstrieren inwieweit unsere neue Methodik robustere und exaktere Ergebnisse liefert, als die gewöhnlich verwendeten Ansätze zur Extraktion des Signals.
N2  - This work focuses on a fundamental problem in modern numerical rela- tivity: Extracting gravitational waves in a coordinate and gauge independent way to nourish a unique and physically meaningful expression. We adopt a new procedure to extract the physically relevant quantities from the numerically evolved space-time. We introduce a general canonical form for the Weyl scalars in terms of fundamental space-time invariants, and demonstrate how this ap- proach supersedes the explicit definition of a particular null tetrad. As a second objective, we further characterize a particular sub-class of tetrads in the Newman-Penrose formalism: the transverse frames. We establish a new connection between the two major frames for wave extraction: namely the Gram-Schmidt frame, and the quasi-Kinnersley frame. Finally, we study how the expressions for the Weyl scalars depend on the tetrad we choose, in a space-time containing distorted black holes. We apply our newly developed method and demonstrate the advantage of our approach, compared with methods commonly used in numerical relativity.
KW  - Allgemeine Relativitätstheorie
KW  - Gravitationswelle
KW  - gravitational waves
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-40672
ER  - 
TY  - THES
A1  - Jiang, Fan
T1  - Water, mineral nutrient and hormone flows and exchanges in the hemiparasitic association between root hemiparasite Rhinanthus minor and the host Hordeum vulgare
N2  - Summary Using the facultative root hemiparasite Rhinanthus minor and Hordeum vulgare as a host, several aspects of water relations, the flows and partitioning of mineral nutrients, the flows, depositions and metabolism of abscisic acid (ABA) and zeatin type cytokinins (zeatin Z, zeatin riboside ZR, zeatin nucleotide ZN) within the host, the parasite and between host and parasite and the flows and partitioning of the transport metabolites mannitol in the parasite, and of sucrose in the host, have been studied during the study period 41 to 54 days after planting, i.e about 30 to 43 days after successful attachment of the parasite to the host. Water relations Extraction of xylem sap by the parasite from the host’s roots is facilitated by considerably higher transpiration per leaf area in the parasite than in the host and by the fact that stomata of attached Rhinanthus were wide open all day and night despite extremely high ABA concentrations in the leaves. By comparison, another related root hemiparasite, Melampyrum arvense, parasitising on various grasses in the field (botanic garden), showed normal diurnal stomatal behaviour. The abnormal behaviour of Rhinanthus stomata was not due to anatomical reasons as closure could be induced by applying high external ABA concentrations. Remarkable differences have been detected between the hydraulic conductance of barley seminal roots showing relatively low values, and that of Rhinanthus the seminal root showing very high values. The latter could be related to the observed high ABA concentrations in these roots. Whole plant water uptake, transpirational losses, growth-dependent deposition and the flows of water within the plants have been measured in singly growing Rhinanthus and Hordeum plants and in the parasitic association between the two. Water uptake, deposition and transpiration in Rhinanthus were dramatically increased after attachment to the barley host; most of the water used by the parasite was extracted as xylem sap from the host, thereby scavenging 20% of the total water taken up by the host’s roots. This water uptake by the parasitised host, however, due to a parasite induced reduction in the hosts growth, was decreased by 22% as compared to non- parasitised barley. The overall changes in growth-related water deposition in host and parasite pointed to decreased shoot and relatively favoured root growth in the host and to strongly favoured shoot growth and less strongly increased root growth only in the parasite. These changes in the host became more severe, when more than one Rhinanthus was parasitising one barley plant. Mineral nutrients relations 5 mM NO3- supply In parasitising Rhinanthus shoot growth was 12-fold, but root growth only twofold increased compared to the non-parasitising (very small) plants. On the other hand, in the Hordeum host, shoot dry matter growth was clearly reduced, by 33% in leaf laminae and by 52% in leaf sheaths, whereas root growth was only slightly reduced as a consequence of parasitism. Growth-dependent increments of total N and P and of K, Ca and Mg in parasitising Rhinanthus shoot were strongly increased, particularly increments of total N and P, which were 18 and 42 times, respectively, higher than in the small solitary Rhinanthus. On the other hand, increments of the above mineral nutrients in leaf sheaths of parasitised Hordeum vulgare were more strongly decreased than in leaf laminae in response to parasitic attack. Estimation of the flows of nutrients revealed that Rhinanthus withdrew from the host xylem sap about the same percentage of each nutrients: 18% of total N, 22% of P and 20% of K. Within the host almost all net flows of nutrient ions were decreased due to parasitism, but retranslocation from shoot to root-as related to xylem flow-was somewhat increased for all nutrients. Quantitative information is provided to show that the substantially increased growth in the shoot of attached Rhinanthus and the observed decrease in Hordeum shoot growth after infection were related to strongly elevated supply of nitrogen and phosphorus in the parasite and to incipient deficiency of these nutrients in the parasitised host. The flows of nutrients between host and parasite are discussed in terms of low selectivity of nutrient abstraction from the host xylem by the hemiparasite Rhinanthus minor. 1 mM NO3- or 1 mM NH4+ supply Rhinanthus shoot growth as measured by dry matter increase, was 19-fold (1 mM NO3-) and 15-fold (1 mM NH4+), but root growth only twofold (1 mM NO3-) and 2.9-fold (1 mM NH4+) increased-relative to singly growing Rhinanthus-when parasitising on host barley. In the Hordeum host, shoot dry matter growth was clearly reduced, whereas root growth was only slightly affected. Growth-dependent increments of total N and P and of K, Ca and Mg in parasitising Rhinanthus shoot were strongly increased, particularly increments of total N or of P, which were 20 or 53 times (1 mM NO3-) and 18 or 51 times (1 mM NH4+) , respectively, higher than those in solitary Rhinanthus. Within the host almost all net flows of nutrient ions were decreased due to parasitism. Flows of mannitol in parasite and sucrose flows in host barley When the plants were supplied with 5 mM NO3-, the biosynthesis of mannitol in Rhinanthus shoots increased 16-fold by parasitism, resulting in a 15-fold higher mannitol flow in the phloem and a 10-fold higher deposition in the shoot. Also the backward transport of mannitol in the xylem were increased 10-fold after attachment. Lower level nitrogen supply increased the deposition of mannitol in both single and attached Rhinanthus shoot and root. No mannitol was found in barley roots even in the direct vicinity of the haustoria. This indicates there are no backward transport of xylem sap from parasite to host. Compared to unparasitised barley, the net biosynthesis and deposition of sucrose in the shoot and the phloem flow was decreased substantially when plants were supplied with 5 mM NO3- or 1 mM NO3-. No sucrose has been detected in barley xylem sap and consequently there was no indication of a sucrose transfer from the host to the parasite. A possible involvement of mannitol in the abscisic acid relations of the parasite is discussed. ABA relations When the plants were supplied with 5 mM NO3-, there were weak or no effects of parasitism on ABA flows, biosynthesis and ABA degradation in barley. However, ABA growth-dependent deposition was significantly increased in the leaf laminae (3 fold) and in leaf sheath (2.4 fold), but not in roots. Dramatic changes in ABA flows, metabolism and deposition on a per plant basis, however, have been observed in Rhinanthus. Biosynthesis in the roots was 12-fold higher after attachment resulting in 14-fold higher ABA flows in the xylem. A large portion of this ABA was metabolised, a small portion was deposited. Phloem flows of ABA were increased 13-fold after attachment. The concentrations of ABA in tissues and xylem sap were higher in attached Rhinanthus by an order of magnitude than in host tissues and xylem sap. Similar dramatic difference existed when comparing the high concentrations in the xylem sap of single Rhinanthus with unparasitised barley. As compared to 5 mM NO3-, lower NO3- or 1 mM NH4+ supply doubled the ABA concentrations in barley leaf laminae, while having only small or no significant effects in the other organs. The possible special functions of ABA for the parasite are discussed. Zeatin type cytokinins relations Parasitism decreased, in the case of zeatin (Z), the synthesis (by 57%) in the root, xylem flows (by 56%) and metabolism (by 71%) in leaf laminae, however, increased the phloem flows of zeatin massively (3-fold) in host barley. The deposition of zeatin in the root of Rhinanthus and the flowing in xylem and phloem were 24, 12, 29-fold, respectively, increased after successfully attaching to the host barley. However, net biosynthesis of zeatin in Rhinanthus roots decreased by 39% after attachment. This indicates that a large portion (70%) of xylem flow of zeatin in attached Rhinanthus was extracted from the host. In singly growing Rhinanthus plants, the balance of zeatin deposition in the shoot was negative, i.e. zeatin was metabolised and exported back to root in the phloem. The xylem flows of zeatin riboside (ZR) in barley decreased by 39% after infected by Rhinanthus; phloem flow, which was 117% relative to xylem flow was less decreased (by 13%) after infection. Deposition of ZR has not been significantly affected in the leaf laminae, in leaf sheaths and roots. After parasitising on the host barley depositions in root, xylem flow and phloem flow increased 12, 18, 88–fold respectively in Rhinanthus. A large portion (57%) of xylem flow of ZR in attached Rhinanthus was extracted from the host. In single Rhinanthus increament of shoot zeatin riboside was negative and a substantial portion was degraded in shoot and the rest was retranslocated back to the root in the phloem. A significant depositions of Z and ZR were detected in the haustoria of the Rhinanthus/barley association. Flows and deposition of zeatin nucleotides also have been investigated. The possible physiological functions of the large quantities of Z and ZR derived from the host barley, for the improved growth and the stomatal opening in the parasitising Rhinanthus are discussed.
N2  - Zusammenfassung An dem fakultativen Hemiparasiten Rhinanthus minor, einem Wurzelparasiten, und Gerste (Hordeum vulgare) als Wirtspflanze wurden verschiedene Aspekte des Wasserhaushaltes sowie die Flüsse von mineralischen Nährstoffen in den Leitbahnen von Wirt und Parasit, die Verteilung der Nährstoffe in den ganzen Pflanzen sowie deren Transport vom Wirt zum Parasiten untersucht. Auch für die pflanzlichen Hormone Abszisinsäure (ABA) und die Cytokinine vom Zeatintyp - Zeatin (Z), Zeatinribosid (ZR) und Zeatinnukleotid (ZN) - und die hauptsächlichen Transportmetabolite Mannit (im Parasiten) und Saccharose (in der Wirtspflanze) wurden deren Flüsse in den Leitbahnen der Pflanzen, ihre Verteilung in den Pflanzen, ihre metabolischen Umwandlungen und der mögliche Austausch zwischen Wirt und Parasit untersucht. Der Unersuchungszeitraum lag zwischen 41 und 54 Tagen nach der Aussaat und das war zugleich zwischen ca. 30 und 43 Tage nach dem erfolgreichen Befall des Wirtes durch den Parasiten. Wasserhaushalt. Ein Entzug von Xylemsaft durch die Haustorien des Parasiten aus den Wurzeln des Wirtes wird dadurch bewirkt, dass der Parasit eine wesentlich höhere Transpiration pro Blattfläche aufweist als die Wirtspflanze, sowie im speziellen Fall dadurch, dass bei parasitierenden Rhinanthus-Pflanzen trotz sehr hoher ABA-Konzentration in den Blättern die Stomata Tag und Nacht weit geöffnet sind. Bei einem verwandten Wurzel-Hemiparasiten, Melampyrum arvense, der im botanischen Garten auf verschiedenen Gräsern parasitierte, wurde anders als bei Rhinanthus im Freiland ein normales diurnales Öffnen und Schließen der Stomata beobachtet. Das anomale Spaltöffnungsverhalten bei Rhinanthus beruht freilich nicht auf anatomischen Besonderheiten, denn ein Schließen der Stomata ließ sich durch Applikation extrem hoher ABA – Konzentrationen induzieren. Bemerkenswerte Unterschiede zwischen der Wirtspflanze und dem Parasiten wurden hinsichtlich der hydraulischen Leitfähigkeit der Keimwurzeln von Gerste mit vergleichsweise niedrigen Werten und derjenigen der Keimwurzel von Rhinanthus mit sehr hohen Werten gemessen. Letzteres könnte mit den beobachteten hohen ABA Konzentrationen in den Wurzeln des Parasiten zusammenhängen. Die Wasseraufnahme durch die ganze Pflanze, die Transpiration, die Deposition von Zellwasser in den Organen und die Wasserflüsse in den Leitbahnen innerhalb der Pflanze wurden in unabhängig wachsenden Rhinanthus- und in Hordeum- Pflanzen sowie innerhalb der parasitischen Assoziation zwischen beiden gemessen. Die Aufnahme von Wasser, seine Einlagerung und die Transpiration waren bei Rhinanthus nach erfolgreichem Befall einer Gersten – Wirtspflanze drastisch erhöht, wobei der Hauptanteil des vom Parasiten genutzten Wassers vom Wirt stammte und wodurch 20% der gesamten Wasseraufnahme der Gerstenwurzel entzogen wurde. In der vom Parasiten befallenen Gerste wurde dadurch jedoch die Wasseraufnahme im Vergleich zu einer unbefallenen Pflanze um 22% erniedrigt und zugleich auch das Wachstum behindert. Insgesamt kam es in der Wirtspflanze Gerste zu vermindertem Spross- und relativ gefördertem Wurzelwachstum, während im Parasiten Rhinanthus besonders das Sprosswachstum und weniger das Wurzelwachstum gesteigert wurde. Diese Veränderungen in der Wirtspflanze wurden deutlich intensiviert, wenn die Gerste von mehr als einem Rhinanthus-Parasiten befallen wurde. Mineralstoffwechsel. Düngung mit 5 mM NO3- In parasitierenden Rhinanthus-Pflanzen war das Sprosswachstum 12 – fach, das der Wurzel aber nur zweifach im Vergleich zu selbstständig wachsenden (sehr kleinen) Pflanzen erhöht. Andererseits war in der vom Parasiten befallenen Gerste das Sprosswachstum – gemessen als Trockenmassezunahme – deutlich erniedrigt, und zwar um 33% in Blattspreiten und um 52% in Blattscheiden, während das Wurzelwachstum nur geringfügig im Vergleich zur unbefallenen Kontrolle vermindert war. Die mit dem Wachstum verbundenen Inkorporationen von N, von P, von K sowie von Ca und Mg waren im Spross von parasitisch ernährtem Rhinanthus beträchtlich erhöht, besonders die von N und von P, die 18- oder sogar 42-fach im Vergleich zu den selbständig wachsenden Pflänzchen erhöht waren. Andererseits waren in der Wirtspflanze infolge des Parasitenbefalles die Inkorporationen der genannten Mineralstoffe in den Blattscheiden stärker als in den Blattspreiten erniedrigt. Eine Berechnung der Nährstoffflüsse zeigte, dass Rhinanthus dem Xylemsaft des Wirtes jeweils ähnliche Anteile der Nährstoffe entzog: 18% des insgesamt aufgenommenen N, 22% des P und 20% des K. Innerhalb der Wirtspflanze Gerste waren die Nettoflüsse fast aller mineralischen Nährstoff-Ionen in den Leitbahnen infolge des Parasitenbefalles erniedrigt, aber die Retranslokation im Phloem vom Spross zur Wurzel war für alle Nährstoffe – in Bezug auf den Xylemtransport - geringfügig erhöht. Quantitative Daten deuten an, dass das drastisch gesteigerte Sprosswachstum in parasitisch ernährtem Rhinanthus sowie das vermindere Sprosswachstum bei der Gerste nach dem Parasitenbefall kausal einerseits mit der beträchtlich erhöhten Zufuhr von gebundenem Stickstoff und Phosphor an den Parasiten und andererseits mit einem einsetzenden Mangel an diesen Nährstoffen in der befallenen Wirtspflanze verbunden ist. Insgesamt werden die Nährstoff-Flüsse von der Wirtspflanze zum Parasiten im Lichte einer nur geringfügigen Selektivität des Entzuges von Nährstoff-Ionen zusammen mit dem Xylemsaft aus dem Xylem des Wirtes durch die Haustorien des Wurzelparasiten Rhinanthus minor diskutiert. Düngung mit 1 mM NO3- oder 1 mM NH4+ Das als Trockenmassezunahme gemessene Sprosswachstum von parasitisch ernährtem Rhinanthus war 19-fach (1 mM NO3-) bzw. 15-fach (1 mM NH4+) , das Wurzelwachstum aber nur 2-fach (1 mM NO3-) bzw. 2.9-fach (1 mM NH4+) im Vergleich zur selbständig wachsenden Kontrolle erhöht. In der Wirtspflanze Gerste war das Sprosswachstum deutlich vermindert, während das Wurzelwachstum nur wenig beeinflusst war. Die mit dem Wachstum verbunden Zunahme an gebundenem N und P sowie an K, Ca und Mg waren im Spross von parasitisch ernährtem Rhinanthus stark vermehrt, und zwar besonders die Zunahme an gebundenem N bzw. P, die 20- bzw. 53-fach (bei 1 mM NO3-) und 18- bzw. 51-fach (bei 1 mM NH4+) im Vergleich zu selbständig wachsenden Rhinanthus- Pflänzchen erhöht waren. Innerhalb der Wirtspflanze Gerste waren fast alle Nettoflüsse der verschiedenen Nährstoff-Ionen infolge des Parasitenbefalles erniedrigt. Flüsse von Mannit im Parasiten Rhinanthus und von Saccharose in der Wirtspflanze Gerste. Im Falle einer Stickstoffernährung mit 5 mM NO3- war die Biosynthese von Mannit in den Blättern von parasitisch ernährtem Rhinanthus 16-fach im Vergleich zum selbständig wachsenden Pflänzchen erhöht und das führte zu einem 15-fach gesteigerten Phloemtransport zur Wurzel und einer 10-fach erhöhten Einlagerung von Mannit im Spross. Auch der Rücktransport von Mannit im Xylem von der Wurzel zum Spross war 10-fach erhöht. Im Falle einer Stickstoffernährung mit geringerer Konzentration war die Einlagerung von Mannit im Spross und in der Wurzel sowohl bei selbständig wachsendem als auch bei parasitisch ernährtem Rhinanthus im Vergleich zu 5 mM NO3- erhöht. In der Wirtspflanze Gerste konnte kein Mannit detektiert werden, auch nicht in den Wurzeln von Rhinanthus-befallenen Pflanzen, selbst nicht in direkter Nachbarschaft zu den Haustorien des Parasiten; das bedeutet, es erfolgte kein Rücktransport von Xylemsaft vom Parasiten zur Wirtspflanze. In den Gerstenpflanzen – bei Ernährung mit 5 mM oder mit 1 mM NO3- – wurde die Nettosynthese von Saccharose sowie ihre Einlagerung im Spross und ihr Transport im Phloem zur Wurzel erheblich infolge eines Befalles mit Rhinanthus erniedrigt. Im Xylemsaft von Gerste war die Konzentration von Saccharose unterhalb der Nachweisgrenze und folglich gab es keinen Hinweis auf einen Transfer von Saccharose aus dem Wirt in den Parasiten. Eine mögliche Bedeutung von Mannit für die hohen ABA-Konzentrationen in Rhinanthus wird diskutiert. Konzentrationen und Flüsse von ABA. Bei einer Stickstoffernährung mit 5 mM NO3- hatte ein parasitischer Befall mit Rhinanthus nur geringen oder keinen Einfluss auf die Flüsse, die Biosynthese oder den metabolischen Abbau von ABA in der Gerstenpflanze. Wohl aber wurde die wachstumsbedingte Einlagerung von ABA in den Blattspreiten (3-fach) und den Blattscheiden (2.4-fach) vermehrt, diejenige in der Wurzel blieb aber unverändert. In Rhinanthus dagegen führte der erfolgreiche Befall einer Wirtspflanze zu drastischen Veränderungen der Flüsse, des Metabolismus und der Einlagerung von ABA in die Gewebe, jeweils gemessen im Bezug auf eine ganze Pflanze. Auf dieser Basis war die ABA-Biosynthese in den Wurzeln nach erfolgreichem Befall eines Wirtes 12-fach höher und dies führte zu 14-fach höherem ABA-Transport im Xylem. Ein großer Anteil dieser ABA wurde im Spross metabolisiert, ein kleiner Anteil wurde in die Gewebe eingelagert. Auch die ABA-Flüsse im Phloem wurden 13-fach erhöht. Gleichzeitig waren die ABA-Konzentrationen in den Geweben und im Xylemsaft der parasitierenden Rhinanthus-Pflanze um eine Größenordnung höher als in den Geweben und im Xylemsaft der Wirtspflanze. Dasselbe gilt auch für einen Vergleich zwischen den hohen ABA-Konzentrationen im Xylemsaft von selbstständig wachsendem Rhinanthus und den niedrigen in nicht vom Parasiten befallener Gerste. Im Vergleich zur Ernährung mit 5 mM NO3- führte 1 mM NO3- oder auch 1 mM NH4+ zu einer Verdoppelung der ABA-Konzentrationen in den Blattspreiten von Gerste, hatte aber nur geringe oder keine Wirkung in den anderen Organen. Mögliche spezielle Funktionen von ABA für den Parasiten werden diskutiert. Cytokinine vom Zeatin-Typ Ein parasitischer Befall verminderte bei Zeatin (Z) seine Synthese in der Wurzel der Wirtspflanze Gerste (um 57%), den Xylemtransport (um 56%) und den metabolischen Umbau in den Blattspreiten (um 71%), jedoch vergrößerte er zugleich substantiell (3-fach) den Phloemtransport von Zeatin in der Gerste. In Rhinanthus wurde die Einlagerung von Zeatin in der Wurzel und seine auf eine ganze Pflanze bezogenen Flüsse im Xylem und im Phloem 24-, 12- bzw. 29-fach nach erfolgreichem Befall von Gerste erhöht. Jedoch die Netto-Biosynthese von Zeatin in der Wurzel von Rhinanthus verminderte sich um 39% nach erfolgreichem Befall des Wirtes. Das bedeutet, dass ein großer Anteil (70 %) des im Xylem von Rhinanthus transportierten Zeatin zuvor dem Xylem der Wirtspflanze Gerste entzogen wurde. Im Spross selbständig wachsender Rhinanthus-Pflänzchen war die Einlagerung von Zeatin in die Sprossgewebe in der Bilanz negativ, d.h. Zeatin wurde abgebaut bzw. im Phloem abtransportiert. Die Flüsse von Zeatinribosid (ZR) im Xylem von Gerste wurden nach einem Befall durch Rhinanthus um 39% erniedrigt, aber seine Retranslokation vom Spross zur Wurzel im Phloem, die 117% des Xylemtransportes betrug, wurde nur schwach (um 13%) nach dem Befall erniedrigt. Die Einlagerung von ZR in die Gewebe wurde in den Blattspreiten, den Blattscheiden und den Wurzeln nicht signifikant beeinflusst. Andererseits waren nach einem erfolgreichen Befall von Gerste in Rhinanthus die Einlagerung von ZR in Wurzelgewebe und seine Flüsse im Xylem und im Phloem, alle im Bezug auf die ganze Rhinanthus-Pflanze, 12-, 18- bzw. 88-fach erhöht. Ein beträchtlicher Anteil (57%) des im Xylem von Rhinanthus transportierten ZR entstammte freilich wiederum dem Xylem der Wurzel der Wirtspflanze Gerste. Im Spross selbständig wachsender Rhinanthus-Pflänzchen nahm die Menge an ZR (wie die von Zeatin) im Laufe des Untersuchungs-Intervalles ab, wobei ein beträchtlicher Anteil im Spross metabolisiert wurde und der Rest mit dem Phloem in die Wurzel transportiert. In die an den Gerstenwurzeln sitzenden Haustorien des Parasiten Rhinanthus wurden beträchtliche Mengen an Zeatin und an ZR eingelagert. Auch die Flüsse und die Einlagerung der Zeatinnukleotide in die Gewebe sind untersucht worden. Eine mögliche physiologische Funktion der aus dem Wirt stammenden großen Mengen an Zeatin und an ZR für das gesteigerte Wachstum und die Stomata-Öffnung im parasitierenden Rhinanthus wird diskutiert.
KW  - Hemiparasit
KW  - Klappertopf
KW  - Gerste
KW  - Stofftransport <Biologie>
KW  - water
KW  - mineral nutrient
KW  - Rhinanthus
KW  - hemiparasite
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-9863
ER  -