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Der simulierte Säugling : Neuroinformatiker erforschen, wie Babys lernen, Blicke zu verfolgen
(2005)
Der junge Ödipus, so […] Dürrenmatt […], […] wusste, dass er als Findelkind nach Korinth gekommen war. […] Apollon[s] […] Spruch gläubig annehmend, erfüllte er in heiliger Raserei das Verheißene […]. Durch das Pestorakel […] verstand er endlich den Sinn des verhängten Schicksals […]. Im Triumph führte er den Prozess gegen sich selbst, und im Triumph verstümmelte er sich. […] Dass es sich […] um eine Mythenkorrektur handelt, ist auf den ersten Blick evident. […] Aus der Tragödie des Unwissens wird ein Drama des Wissens. […]Da für das Wirken des Schicksals […] Ödipus’ Unwissen aber konstitutiv ist, dreht sich, wenn Ödipus weiß und trotzdem handelt, die Priorität zwischen Schicksal und Wille um: Ödipus […] will das als Schicksal Verhängte erfüllen. […] Wissen statt Unwissen, Zufall statt Schicksal – so lauten die Gesichtspunkte, die den ersten Teil der folgenden Untersuchung leiten sollen. Der zweite Teil zielt auf die Bedeutung der Mythenkorrektur […]. Sieht man genauer auf die referierte Ödipus-Variante, so muss man sich Sophokles’ und Dürrenmatts Fassung als ‚mythos‘ im Aristotelischen Sinne identisch vorstellen. […] Wir stehen vor dem paradoxen Befund, dass der Mythos, obwohl er in seinem Kern verändert wird, auf seiner Handlungsgestalt beharrt, und sich […] der tragische Ausgang der Geschichte behauptet. Die alte Geschichte scheint […] einen modernen Sinn ergeben zu können, für den es genügt, die Prämissen, nicht jedoch die Fatalität des Verlaufs zu korrigieren.
Das Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung der Photodoppelionisation des H2-Moleküls mit zirkular polarisiertem Licht. Dabei sollte nach Anzeichen von Doppelspaltinterferenzen in den Photoelektronenwinkelverteilungen gesucht werden. Die Erscheinungen im klassischen Doppelspaltexperiment basieren auf der Interferenz der nach dem Huygenschen Prinzip gebeugten ebenen Wellen. In Analogie dazu stellen nun im molekularen System die beiden Kerne die Emissionszentren der Elektronenwelle dar. Die Interferenzerscheinung wird dabei durch die von beiden Kernen gleichzeitig emittierte Elekltronenwelle hervorgerufen. Die Photodoppelionisation des H2-Moleküls wurde mit einer Photonenenergie von 240 eV durchgeführt, um eine Wellenlänge der ionisierten Elektronen in der Größenordnung des Gleichgewichtsabstands der Kerne von 1.4 a.u. zu erreichen. Zur Erzeugung des Interferenzeffektes hätte eigentlich die Einfachionisation des Moleküls ausgereicht, da die Welle eines Elektrons gleichzeitig von beiden Protonen ausläuft. Es wurde trotzdem die Doppelionisation durchgeführt, da so die Ionen in Koinzidenz gemessen werden können und die Impulserhaltung in der Coulomb-Explosion des Moleküls zur Identifikation von H2-Ionisationsereignissen verwendet werden kann. Weitere Vorteile sind die Beobachtung der Elektronenkorrelation für verschiedene Energieaufteilungen der Elektronen, sowie die Möglichkeit der Bestimmung des internuklearen Abstandes aus der kinetischen Energie der Ionen (KER). Zunächst wurde die Winkelverteilung der Photoelektronen für eine extrem asymmetrische Energieaufteilung untersucht. Die Lage und Größe der Interferenzmaxima und -minima in der Elektronenwinkelverteilung wurde dann mit der im klassischen Doppelspaltexperiment auftretenden Interferenzstruktur verglichen. Es konnte gezeigt werden, dass das Interferenzminimum sich wie im Falle des klassischen Doppelspaltes unter einem Winkel von ca. 52° relativ zur Spalt- bzw. Molekülachse befindet. Die Größenverhältnisse von Haupt- zu Nebenmaximum wichen dagegen von den klassischen Erwartungen ab. Während beim Doppelspalt das Hauptmaximum bei 90° relativ zur Spaltachse liegt, lag in diesem Experiment das ausgeprägteste Maximum unter 0°, d.h. entlang der Molekülachse. Die experimentellen Ergebnisse wurden daraufhin mit einigen Theorien verglichen. Die Theorie von Cherepkov und Semenov, welche die Einfachionisation des Wasserstoffmoleküls für zirkular polarisiertes Licht behandelt, berechnet die Elektronenwinkelverteilung durch die Hinzunahme der Streuung der Photo-elektronenwelle am benachbarten Proton. Die Berücksichtigung dieses Effektes führt zu einer deutlich besseren Beschreibung der Daten. Da es sich in diesem Experiment um die Doppelionisation des Moleküls handelt, auch für Fälle bei denen einem Elektron nahezu keine kinetische Energie zukommt, muss die Wechselwirkung zwischen allen Fragmenten, insbesondere zwischen den Elektronen berücksichtigt werden. Die 5C-Theorie [Wal00] berücksichtigt die Coulomb-Wechselwirkung zwischen allen Fragmenten des Wasserstoffmoleküls. Die Wechselwirkung zwischen den Ionen kann allerdings im Rahmen der Born-Oppenheimer-Näherung vernachlässigt werden. Der 5C-Rechnung zeigt, wie die experimentellen Daten, verstärkte Maxima entlang der Molekülachse, jedoch ist hier die Änderung des Größenverhältnisses zu extrem im Vergleich zu den experimentellen Daten. Um die experimentell gefundene Elektronenwinkel-verteilung zu rekonstruieren, dürfen dennoch anscheinend weder Streueffekte noch die Coulomb-Wechselwirkung der Fragmente vernachlässigt werden. Im weiteren Verlauf der Arbeit wurde die Energieaufteilung der Elektronen variiert. Die Interferenzstruktur wurde für verschiedene Energien des langsamen Elektrons untersucht. Je höher die Energie des langsamen Elektrons war, umso schwächer wurde das Maximum 0. Ordnung (senkrecht zur Molekülachse) der Interferenzen des schnellen Elektrons. Die unveränderte Größe des Maximums 1. Ordnung (entlang der Molekülachse) wurde auf die Überlagerung der Streueffekte sowie der Coulomb-Wechselwirkung mit der Interferenzstruktur zurückgeführt. Über die Energie der Protonen wurde im Experiment zudem der internukleare Abstand zum Zeitpunkt der Photoabsorbtion bestimmt. Es zeigt sich eine deutliche Abhängigkeit des Interferenzmusters vom internuklearen Abstand. Die experimentell gefundene Abhängigkeit entspricht dabei der des klassischen Doppelspalts. Schließlich wurde die Elektronwinkelverteilung für eine feste Emissionsrichtung des langsamen Elektrons untersucht. In den experimentellen Daten konnte deutlich die Unterdrückung der Emissionswahrscheinlichkeit des schnellen Elektrons entlang der Emissionsrichtung des langsamen Elektrons beobachtet werden. Diese Elektronenwinkelverteilung konnte durch eine Faltung der reinen Interferenz – erzeugt durch die Integration über den Zwischenwinkel der Elektronen - mit der reinen Elektronenwechselwirkung - erzeugt durch die Integration über die Stellung der Molekülachse - rekonstruiert werden. Die Verteilung nach der Integration über die Molekülachse ähnelte dabei der Struktur der Elektronenwinkelverteilung nach der Doppelionisation des Heliumatoms. Daraus lässt sich schlussfolgern, dass die gemessene Winkelverteilung der Photoelektronen des doppelionisierten Wasserstoffmoleküls aus einer Überlagerung der Coulomb-Wechselwirkung der Elektronen des heliumähnlichen Systems mit der Interferenzstruktur besteht. Das bedeutet, die Elektron-Elektron-Korrelation und die Doppelspaltinterferenz sind zwei separate Prozesse. Die Elektronen verlassen den Molekülverband wie im Heliumatom über den SO- bzw. den TS1-Prozess und das langsame Elektron führt nicht zur Dekohärenz.
Mit der vorliegenden Arbeit ist der eindeutige experimentelle Nachweis für die Existenz eines 1997 [Ced97] vorhergesagten, neuartigen Zerfallskanals für Van-der-Waals-gebundene Systeme erbracht worden. Die Untersuchungen wurden an einem Neondimer durchgeführt. Erzeugt man in einem Atom dieses Dimers durch Synchrotronstrahlung eine 2s-Vakanz, so wird diese durch ein 2p-Elektron aufgefüllt. Die hierbei freiwerdende Energie wird an das zweite Atom des Dimers in Form eines virtuellen Photons übertragen und löst dort ein Elektron aus einer äußeren Schale. Untersucht wurde dieser Zerfall namens „Interatomic Coulombic Decay” (ICD) durch Koinzidenzimpulsspektroskopie (COLTRIMS) [Doe00, Ull03, Jah04b]. Der Nachweis der Existenz des Effekts erfolgte dadurch, dass die Summe der Energien der Photofragmente - und im Speziellen des ICD-Elektrons und der beiden im Zerfall entstehenden Ne+-Ionen - eine Konstante ist. Durch die koinzidente Messung der Impulse, der im Zerfall entstehenden Teilchen, konnte hierdurch ICD eindeutig identifiziert werden. Die Übereinstimmung der gemessenen Energiespektren mit aktuellen theoretischen Vorhersagen [Sche04b, Jah04c] ist exzellent. Dadurch, dass das Dimer nach dem IC-Zerfall in einer Coulomb-Explosion fragmentiert, konnten des Weiteren Untersuchungen, wie sie in den letzten Jahren an einfachen Molekülen durchgeführt wurden [Web01, Lan02, Jah02, Web03b, Osi03b, Jah04a], auch am Neondimer erfolgen: Durch die Messung der Ausbreitungsrichtung der ionischen Fragmente des Dimers nach der Coulomb-Explosion wird die räumliche Ausrichtung des Dimers zum Zeitpunkt der Photoionisation bestimmt. Die gemessenen Impulse der emittierten Elektronen können dadurch im Bezug zur Dimerachse dargestellt werden. In dieser Arbeit wurden somit Messungen der Winkelverteilung der 2s-Photoelektronen und des ICD-Elektrons im laborfesten und auch dimerfesten Bezugssystem vorgestellt und mit vorhandenen theoretischen Vorhersagen verglichen. Die Winkelverteilung des Photoelektrons ähnelt stark der Verteilung, die man nach der Photoionisation eines einzelnen Neonatoms erhält und hat somit fast reinen Dipolcharakter. Die Präsenz des zweiten Atoms des Dimers verursacht nur leichte Modulationen, so dass auch die Änderung der Ausrichtung der Dimerachse im Bezug zur Polarisationsrichtung des linear polarisierten Lichtes nur geringe Auswirkungen hat. Durch die koinzidente Messung aller vier nach der Photoionisation entstehenden Teilchen konnte außerdem ein weiterer Doppelionisationsmechanismus des Dimers nachgewiesen werden: Ähnlich wie in einzelnen Atomen [Sam90] gibt es auch in Clustern den TS1-Prozess. Hierbei wird ein 2p-Elektron aus dem einen Atom des Dimers herausgelöst. Es streut dann an einem 2p-Elektron des anderen Atoms, das hierdurch ionisiert wird. Diese etwas andere Form des TS1 im Cluster ist also genau wie ICD ein interatomarer Vorgang. Die Summe der Energien der beiden, in diesem Prozess entstehenden Elektronen hat einen festen Wert von h... − 2 · IP(2p) − KER = 12 eV, so dass dieser Prozess hierdurch im Experiment gefunden werden konnte. Die gemessenen Zwischenwinkel zwischen den beiden Elektronen zeigen des Weiteren genau die für zwei sich abstoßende Teilchen typische Verteilung einer Gauss-Kurve mit einem Maximum bei 180 Grad. Da im Falle von interatomarem TS1 die Potentialkurve der Coulomb-Explosion direkt aus dem Grundzustand populiert wird, konnte im Rahmen der „Reflexion Approximation” die Wahrscheinlichkeitsverteilung der Abstände der beiden Dimeratome experimentell visualisiert werden. Das Betragsquadrat des Kernanteils der Dimergrundzustandswellenfunktion wurde somit direkt vermessen. Die Messungen wurden bei drei verschiedenen Photonenenergien durchgeführt, um die Ergebnisse weiter abzusichern und robuster gegen eventuelle systematische Fehler zu machen. Da kein isotopenreines Neongas im Experiment eingesetzt wurde, konnten genauso Ionisations- und ICD-Ereignisse von isotopischen Dimeren (20Ne22Ne) beobachtet und ausgewertet werden. Die gemessenen Spektren sind innerhalb der Messtoleranzen identisch zu denen für 20Ne2.
In der vorliegenden Studie wurden insgesamt 70 Wurzelkanalmodelle, in sieben Gruppen unterteilt, mit einem Handinstrument und 3 verschiedenen maschinell betriebenen Instrumentenprototypen aus einer Nickel-Titanlegierung aufbereitet. Die konventionelle Handaufbereitung durch die Ergoflex-Stahlfeile war durch einen starken Kanalwandabtrag an der Innenkurvatur (straightening) besonders im Mitteldrittel (Messpunkt 3 bis 5) und im koronalen Anteil sowohl innen als auch außen gekennzeichnet. Die maschinelle Aufbereitung durch die drei Prototypen a1, a2 und b zeigte, dass die Aufbereitung mit rotierenden Nickel-Titan-Instrumenten insgesamt etwas gleichmäßiger erfolgt. Aber an Messpunkt 1-3 (1-4 mm vom Apex) im apikalen Drittel des Wurzelkanals an der Außenkurvatur führen sie zu mehr Materialabtrag als die Ergoflex-Stahlfeile. Ab Messpunkt 4 (7mm vom Apex) wird durch die Prototypen mehr an der Innenkurvatur abgetragen. Bei Prototyp b schien das andere Design (Öffnungs-, Tangenten- und Spiralwinkel) mit seinen abgeflachten Schneiden („radial lands“) eine bessere Wurzelkanalzentrierung mit weniger Materialabtrag und weniger Frakturen zu bewirken. Bei der Untersuchung der Aufbereitungszeit waren die maschinell betriebenen Prototypen der Handaufbereitung überlegen. Ob die längeren Aufbereitungszeiten bei Anwendung von Prototyp a1 und a2 im Vergleich zu Prototyp b durch die vorsichtigere Handhabung des Anwenders aufgrund der vielen aufgetretenen Instrumentenfrakturen entstanden, müsste eine weitere Untersuchung aufklären. Somit ist die Aufbereitungszeit kritisch zu hinterfragen. Negativ fiel die hohe Anzahl von Frakturen bei Verwendung der Prototypen a1 und a2 auf. Die Anwendung dieser hauptsächlich im Bereich des apikalen Drittels frakturierten Instrumente am Patienten ist aus diesem Grund zu überdenken. Bei Betrachtung der untersuchten maschinellen Prototypen 1C und 2W (TCM Endo) muß man aufgrund der starken Überschreitung der eingestellten Grenzdrehmomentwerte, der schlechten Beibehaltung der Umdrehungszahlen und schlechteren Taktilität durch den schlechten Sitz der Untersetzungswinkelstücke noch weitere Verbesserungen auf diesen Gebieten fordern, um den Anwender bei der maschinellen Aufbereitung unterstützen zu können.
Da die benötigte Rechenleistung heut zu Tage stark gestiegen ist, ist es immer wichtiger schnelle Schaltungen und Transistoren zu erzeugen. Dabei gelangt man langsam an eine physikalische Grenze welche einerseits bedingt ist durch die Größe der verwendeten Strukturen und andererseits viel fundamentaler durch die Schaltzeit des verwendeten Transistormaterials Silizium (Si). Die Beweglichkeit der Elektronen im normalen Silizium bildet eine Einschränkung für die Leistungsfähigkeit der Transistoren auf Si-Basis. Um diese Beweglichkeit zu erhöhen, ist es mittelfristig notwendig auf andere Halbleitermaterialien umzusteigen. Ein Halbleiter, der sich dafür anbietet ist das Germanium (Ge), das zwar mit dem Silizium über die Mitgliedschaft zur selben Hauptgruppe verwandt ist, doch durch seine Zugehörigkeit zur nächst höheren Periode einen größeren Radius aufweist. Dies führt unter anderem zu einer größeren Gitterkonstante im Germaniumkristall. Sowohl beim Siliziumdioxid (SiO2) als auch beim Germaniumdioxid (GeO2) handelt es sich um Isolatoren. Leider ist GeO, im Vergleich zu SiO22 leichter wasserlöslich, was bei der Prozessierung zu großen Schwierigkeiten führt und eine komplette Neuentwicklung des Produktionsprozesses zur Folge hat. Da Germanium als Ersatz für Silizium noch nicht einsatzreif ist, wurde ein Verfahren entwickelt, mit dem es möglich ist Silizium mit einer größeren Gitterkonstante (Streckung um 1% in X- und Y-Richtung) zu erhalten. Dies führt, zuerst unerwartet, zu einer erhöhten Ladungsträgerbeweglichkeit in diesem „strained silicon“ (sSi). Die höhere Ladungsträgerbeweglichkeit führt neben einer kürzeren Schaltzeit auch zu einer geringeren Leistungsaufnahme in den Prozessoren....
Zielsetzung dieser Arbeit war die Klärung der Frage inwieweit Schlafstörungen, die schon während der Trinkphase auftreten, in einem Zusammenhang mit Schlafstörungen im Entzug stehen. Ebenso sollte untersucht werden, ob Schlafstörungen in der Trinkphase eine Vorhersage über die Schwere des Entzugs gestatten und damit als Indikator für den Entgiftungsverlauf und möglicher Komplikation dienen können. Der Anspruch dieser Arbeit war dabei, die Grundlagen für die Entwicklung eines Instrumentariums für die Indikationsstellung stationäreversus ambulante Entgiftungstherapie zu schaffen. Zur Klärung der Fragen wurden im Rahmen einer explorativen Untersuchung Patienten befragt und klinisch- neurologisch sowie labortechnisch untersucht. Die Stichprobe wurde rekrutiert aus konsekutiv im Zeitraum von Juni 2002 bis August 2003 zur Entgiftung im Zentrum der Psychiatrie des Klinikums der J.W. Goethe- Universität Frankfurt aufgenommenen Patienten. Sie umfasste 100 Alkoholkranke, die die ICD-10 Kriterien für eine Alkoholabhängigkeit (Dilling et al., 2000) erfüllten. Ausschlußkriterium war hierbei eine Verweildauer von weniger als 72 Stunden. Eine weitere Voraussetzung war die Fähigkeit und die freiwillige Bereitschaft, an einer in etwa insgesamt 30minütigen Befragung teilzunehmen. Für die Untersuchung wurde ein spezieller Fragenkatalog aus 5 unterschiedlichen Fragebögen erstellt. Die Antwortkategorien waren abgestufte Antworten, sowie größtenteils Multiple- Choice- Fragen. Lediglich die Anamnese wurde anhand eines standardisierten Anamnesebogens in offener Frageform erfasst. Es wurden soziodemographische Daten sowie Daten zum bisherigen Verlauf der Alkoholerkrankung und der Schlafqualität erhoben.
Die Dissertation liefert einen Beitrag zur Identifizierung und Charakterisierung der an der Komplementresistenz von Borrelien beteiligten CRASP-Proteine aus Isolaten der Genospezies B. burgdorferi s.s. und B. afzelii. Im Rahmen der Arbeit gelang es mittels Identifizierung und immunologischer Charakterisierung die Zugehörigkeit der spezifisch Faktor H-bindenden BbCRASP-Proteine BbCRASP-3, BbCRASP-4 und BbCRASP-5 zur Erp-Proteinfamilie zu beweisen. Weiterhin konnten die Faktor H- und FHL-1-bindenden BbCRASP-Proteine BbCRASP-1 und BbCRASP-2 von B. burgdorferi s.s. identifiziert werden. Mit dem BbCRASP-2-Protein wurde ein bis dahin unbekanntes Faktor H- und FHL-1-bindendes CRASP-Protein aus den äußeren Membranen des B. burgdorferi s.s.-Isolates B31 isoliert und charakterisiert. BbCRASP-2 stellt innerhalb der CRASP-Proteinfamilie ein neues eigenständiges Lipoprotein dar und unterscheidet sich deutlich von den Sequenzen der anderen CRASP-Proteine. Es ist weder ein Mitglied der gbb54- oder der Erp-Proteinfamilie, noch gehört es zu einer anderen bekannten Proteinfamilie von B. burgdorferi s.s. In Ligandenaffinitätsblot-Analysen konnte mit Hilfe von rekombinantem FHL-1 sowie Deletionsmutanten von Faktor H und FHL-1 gezeigt werden, dass die Bindung von Faktor H und FHL-1 an das BbCRASP-2-Protein ausschließlich über die SCR 7-Domäne vermittelt wird. Die Analysen C terminaler Deletionsmutanten von BbCRASP-2 unterstrichen die Bedeutung der letzten 16 Aminosäuren des BbCRASP-2-Proteins für die Interaktion mit Faktor H und FHL-1.