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Soziodizee des Kapitalismus
(2024)
Mnemonic but not contextual feedback signals defy dedifferentiation in the aging early visual cortex
(2024)
Perception is an intricate interplay between feedforward visual input and internally generated feedback signals that comprise concurrent contextual and time-distant mnemonic (episodic and semantic) information. Yet, an unresolved question is how the composition of feedback signals changes across the lifespan and to what extent feedback signals undergo age-related dedifferentiation, that is, a decline in neural specificity. Previous research on this topic has focused on feedforward perceptual representation and episodic memory reinstatement, suggesting reduced fidelity of neural representations at the item and category levels. In this fMRI study, we combined an occlusion paradigm that filters feedforward input to the visual cortex and multivariate analysis techniques to investigate the information content in cortical feedback, focusing on age-related differences in its composition. We further asked to what extent differentiation in feedback signals (in the occluded region) is correlated to differentiation in feedforward signals. Comparing younger (18–30 years) and older female and male adults (65–75 years), we found that contextual but not mnemonic feedback was prone to age-related dedifferentiation. Semantic feedback signals were even better differentiated in older adults, highlighting the growing importance of generalized knowledge across ages. We also found that differentiation in feedforward signals was correlated with differentiation in episodic but not semantic feedback signals. Our results provide evidence for age-related adjustments in the composition of feedback signals and underscore the importance of examining dedifferentiation in aging for both feedforward and feedback processing.
Mitochondria are dynamic organelles exhibiting diverse shapes. While the variation of shapes, ranging from spheres to elongated tubules, and the transition between them, are clearly seen in many cell types, the molecular mechanisms governing this morphological variability remain poorly understood. Here, we propose a novel shaping mechanism based on the interplay between the inner and outer mitochondrial membranes. Our biophysical model suggests that the difference in surface area, arising from the pulling of the inner membrane into cristae, correlates with mitochondrial elongation. Analysis of live cell super-resolution microscopy data supports this correlation, linking elongated shapes to the extent of cristae in the inner membrane. Knocking down cristae shaping proteins further confirms the impact on mitochondrial shape, demonstrating that defects in cristae formation correlate with mitochondrial sphericity. Our results suggest that the dynamics of the inner mitochondrial membrane are important not only for simply creating surface area required for respiratory capacity, but go beyond that to affect the whole organelle morphology. This work explores the biophysical foundations of individual mitochondrial shape, suggesting potential links between mitochondrial structure and function. This should be of profound significance, particularly in the context of disrupted cristae shaping proteins and their implications in mitochondrial diseases.
Highlights
• It is important to distinguish acute provoked seizures due to autoimmune encephalitis from chronic unprovoked seizures due to autoimmune-associated epilepsy.
• Currently it is hardly possible in an individual AIE/ALE/RE patient to separate acute provoked seizures from chronic unprovoked seizures due to limitations in determining seizure outcomes, unclear time courses, potential causal interactions between both seizure origins, compartmentalized immune-inflammation, and a lack of licensed drugs to reliably resolve immune-inflammation in the brain parenchyma.
• This makes it hard to decide when to terminate ASMs and to counsel the individual patient regarding driving abilities and other behavioral restrictions and recommendations.
• Studies are urgently needed to define clinical and paraclinical biomarkers in a hypothesis-free, data-driven approach reliably predicting (or not) the development of AAE and the cognitive and behavioral outcome in the due course of an individual patient´s disease.
• These studies should be experimentally validated in suitable animal models.
Abstract
The current International League Against Epilepsy (ILAE) definition and classification guidelines for the first time introduced the category of immune-mediated focal epilepsy in addition to structural, genetic, infectious, and metabolic aetiologies. Moreover, the ILAE Autoimmunity and Inflammation Taskforce recently provided a conceptual framework for the distinction between acute “provoked” seizures in the acute phase of autoimmune encephalitis from chronic “unprovoked” seizures due to autoimmune-associated epilepsy. The first category predominately applies to those autoimmune encephalitis patients with autoantibodies against cell surface neural antigens, in whom autoantibodies are assumed to exert a direct ictogenic effect without overt structural damage. These patients do not exhibit enduring predisposition to seizures after the “acute phase” encephalitis, and thus do not fulfil the definition of epilepsy. The second category applies to those autoimmune encephalitis patients with autoantibodies against intracellular neural antigens and Rasmussen's encephalitis, in whom T cells are assumed to cause epileptogenic effects through immune-inflammation and overt structural damage. These patients do exhibit enduring predisposition to seizures after the “acute phase” of encephalitis and thus fulfil the definition of epilepsy. AAE may result from both, ongoing brain autoimmunity and associated structural brain damage according to the current ILAE definition and classification guideline. We here discuss the shortcomings and defaults of this concept and suggest an unbiased translationally validated and data-driven approach to predict in an individual encephalitis patient the propensity to develop (or not) AAE and the cognitive and behavioural outcome.
We present a relativistic Shakhov-type generalization of the Anderson-Witting relaxation time model for the Boltzmann collision integral to modify the ratio of momentum diffusivity to thermal diffusivity. This is achieved by modifying the path on which the single particle distribution function fk approaches local equilibrium f0k by constructing an intermediate Shakhov-type distribution fSk similar to the 14-moment approximation of Israel and Stewart. We illustrate the effectiveness of this model in case of the Bjorken expansion of an ideal gas of massive particles and the damping of longitudinal waves through an ultrarelativistic ideal gas.
Highlights
• Solidification and cooling of an intruded dyke or sill within the middle or shallow crust generate stresses of order 200 MPa, which relax on time scales of a few years to million years.
• Stresses may exceed the brittle strength forming tensile fractures.
• Combined with the pressure gradient within the over-pressurized felsic melts, this explains the migration of felsic contact melt into shrinkage cracks (Sederholm-type veins).
Abstract
Rapid emplacement of a mafic dyke or sill at mid-crustal depth heats and possibly melts the felsic wall rock followed by solidification. Associated volume changes generate stresses, possibly enforcing brittle failure and melt migration. We model the evolution of melting, solidification, temperature, and stress including visco-elastic relaxation in 1D - dykes or -sills using realistic rock rheologies of the Weschnitz pluton (Odenwald). For deep emplacement (Case 1, 15.3 km) extensive contact melting of the wall rock occurs, for shallow emplacement (Case 2, 10 km) it is negligible. The stresses are zero at high melt fractions, but increase during solidification and cooling: The intrusion orthogonal stress is always zero. The intrusion parallel stress σ‖ within the intrusion is tensile (O(200 MPa)). It relaxes on a time scale between a few years (Case 1) and 0.6 m.y. (Case 2). Within the wall rock σ‖ is compressive during heating, but becomes tensile under solidification and cooling. Wall rock stresses relax on a time scale of months to 100 years. A Deborah number is defined based on viscous to thermal relaxation allowing generalization of our results. Adding lithostatic stresses, the total stresses of Case 1 remain below the brittle strength, while for Case 2 they may exceed it. Adding the lithostatic pressure to the melt pressure, the effective stresses exceed the brittle strength and intrusion orthogonal tensile fractures are predicted. Combined with the pressure gradient within the over-pressurized felsic melts generated in the wall rock, this explains the migration of felsic contact melt into shrinkage cracks of the mafic sill in the Weschnitz pluton.
Das radioaktive Edelgas Radon und seine ebenfalls radioaktiven Zerfallsprodukte machen den größten Teil der natürlichen Strahlenbelastung in Deutschland aus. Trotz der Einstufung als krebserregend für Lungenkrebs wird es zur Therapie entzündlicher Krankheiten eingesetzt. Der hauptsächliche Aufnahmemechanismus ist dabei die Inkorporation über die Atmung, wobei Radon auch über die Haut aufgenommen werden kann. Radon wird dabei über das Blut im gesamten Körper verteilt und kann in Gewebe mit hoher Radonlöslichkeit akkumulieren. Die Zerfallsprodukte verbleiben jedoch in der Lunge, zerfallen dort, bevor sie abtransportiert werden können und schädigen das dortige Gewebe.
Die Lungendosis wird laut Simulationen zum größten Teil durch die kleinsten Radon-Zerfallsprodukte (< 10 nm) bestimmt, die besonders effektiv im Respirationstrakt anheften. Die erzeugte Dosis ist dabei aufgrund der inhomogenen Anlagerung der Zerfallsprodukte lokal stark variabel. In Simulationen wurden Bifurkationen als Ort besonders hoher Deposition identifiziert, wobei die experimentelle Datenlage zur Deposition kleinster Radon-Zerfallsprodukte eingeschränkt ist. Aufgrund des Anstiegs der Komplexität von Simulationen oder Experimenten wird in den meisten Betrachtungen nicht der oszillatorische Atemzyklus berücksichtigt, sondern lediglich ein einseitig gerichteter Luftstrom betrachtet. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein experimentelles Modell entwickelt und etabliert, das die Messung der Deposition von Radon-Zerfallsprodukten ermöglicht und zwischen drei Größenfraktionen (Freie Zerfallsprodukte: < 10 nm, Cluster: 20-100 nm, Angelagerte Zerfallsprodukte: > 100 nm) unterscheiden kann. Der Luftfluss durch das Modell bildet sowohl die Inhalation als auch die Exhalation ab. Erste Experimente mit dem neu entwickelten Messaufbau konnten die aus Simulationen bekannte erhöhte Deposition der freien Zerfallsprodukte in einer Bifurkation abbilden. Die Vergrößerung des Bifurkationswinkels von 70° auf 180° zeigte lediglich einen minimalen Anstieg in der Größenordnung des Messfehlers. Der dominierende Prozess der Anlagerung der freien Zerfallsprodukte ist die Brown'sche Molekularbewegung, die unabhängig vom Bifurkationswinkel ist. Dennoch kann ein veränderter Winkel die Luftströmung und entstehende Turbulenzen verändern, wodurch die Deposition beeinflusst werden kann. Dies lässt sich jedoch mit dem hier benutzten Messaufbau nicht auflösen. Entgegen der Beobachtungen in der Literatur führte die Erhöhung der Atemfrequenz von 12 auf 30 Atemzüge pro Minute, in den im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Experimenten, zu keiner messbaren Veränderung der Deposition. Diese Beobachtung ist auf die Entstehung gegensätzlicher Effekte zurückzuführen. Einerseits führt eine schnellere Luftströmung zu kürzeren Aufenthaltszeiten der freien Zerfallsprodukte im Modell, wodurch die Deposition unwahrscheinlicher wird. Andererseits entstehen vermehrt sekundäre Strömungen und absolut betrachtet werden mehr Partikel durch das Modell gepumpt. Es ist davon auszugehen, dass sich diese Effekte im hier getesteten Bereich aufheben.
Als potentielle Schutzmaßnahme zur Reduktion der Lungendosis konnte im Rahmen dieser Arbeit die Filtereffzienz von Gesichtsmasken (OP-Masken, FFP2 Masken) gegenüber Radon und seinen Zerfallsprodukten bestimmt werden. Während Radon nicht gefiltert wird, wurden die freien Zerfallsprodukte fast vollständig (> 98%) und die Cluster zum größten Teil (≈ 80 %) zurückgehalten.
Radon selbst kann im gesamten Organismus verteilt werden und dort in Gewebe akkumulieren. Zur Bestimmung der Dosis wird dabei auf biokinetische Modelle zurückgegriffen. Diese sind von der Qualität ihrer Eingabeparameter abhängig, wobei beispielsweise die Werte zur Verteilung von Radon zwischen Blut und Gewebe auf experimentell gewonnenen Löslichkeitswerten aus Mäusen und Ratten beruhen. Unbekannte Werte werden von der Internationalen Strahlenschutzkommission basierend auf der Gewebezusammensetzung als gewichteter Mittelwert berechnet. In dieser Arbeit wurde die Löslichkeit in humanen Blutproben und wässrigen Lösungen verschiedener Konzentrationen der Blutproteine Hämoglobin und Albumin bestimmt. Es löste sich mehr Radon in Plasma als in Erythrozytenkonzentrat und Vollblut. Die Protein-Lösungen zeigten keine Konzentrationsabhängigkeit der Löslichkeit, sondern lediglich in hitzedenaturiertem Hämoglobin wurde eine niedrigere Löslichkeit gemessen. Basierend auf diesen Beobachtungen, sollte die These überprüft werden, ob sich die Löslichkeit einer Mischung als gewichteter Mittelwert der einzelnen Löslichkeiten berechnen lässt. Daher wurden diese in einer Mischung aus zwei Flüssigkeiten (1-Pentanol, Ölsäure) bestimmt. Die experimentell bestimmte Löslichkeit war dabei fast doppelt so groß wie der berechnete Wert. Dieser Unterschied kann dadurch zustande kommen, dass bei einer Berechnung basierend auf der Zusammensetzung die Wechselwirkungen zwischen den Lösungsmitteln vernachlässigt werden. Dies verdeutlicht die Notwendigkeit experimenteller Daten zur Verteilung und Lösung von Radon in verschiedenem Gewebe.
We measure the Born cross section for the reaction e+e−→ηhc from s√=4.129 to 4.600~GeV using data sets collected by the BESIII detector running at the BEPCII collider. A resonant structure in the cross section line shape near 4.200~GeV is observed with a statistical significance of 7σ. The parameters of this resonance are measured to be \MeasMass\ and \MeasWidth, where the first uncertainties are statistical and the second systematic.
We measure triangular flow relative to the reaction plane at 3 GeV center-of-mass energy in Au+Au collisions at the BNL Relativistic Heavy Ion Collider. A significant v3 signal for protons is observed, which increases for higher rapidity, higher transverse momentum, and more peripheral collisions. The triangular flow is essentially rapidity-odd with a slope at mid-rapidity, dv3/dy|(y=0), opposite in sign compared to the slope for directed flow. No significant v3 signal is observed for charged pions and kaons. Comparisons with models suggest that a mean field potential is required to describe these results, and that the triangular shape of the participant nucleons is the result of stopping and nuclear geometry.
We report results on an elastic cross section measurement in proton-proton collisions at a center-of-mass energy s√=510 GeV, obtained with the Roman Pot setup of the STAR experiment at the Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC). The elastic differential cross section is measured in the four-momentum transfer squared range 0.23≤−t≤0.67 GeV2. We find that a constant slope B does not fit the data in the aforementioned t range, and we obtain a much better fit using a second-order polynomial for B(t). The t dependence of B is determined using six subintervals of t in the STAR measured t range, and is in good agreement with the phenomenological models. The measured elastic differential cross section dσ/dt agrees well with the results obtained at s√=546 GeV for proton--antiproton collisions by the UA4 experiment. We also determine that the integrated elastic cross section within the STAR t-range is σfidel=462.1±0.9(stat.)±1.1(syst.)±11.6(scale) μb.
We report results on an elastic cross section measurement in proton-proton collisions at a center-of-mass energy s√=510 GeV, obtained with the Roman Pot setup of the STAR experiment at the Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC). The elastic differential cross section is measured in the four-momentum transfer squared range 0.23≤−t≤0.67 GeV2. We find that a constant slope B does not fit the data in the aforementioned t range, and we obtain a much better fit using a second-order polynomial for B(t). The t dependence of B is determined using six subintervals of t in the STAR measured t range, and is in good agreement with the phenomenological models. The measured elastic differential cross section dσ/dt agrees well with the results obtained at s√=546 GeV for proton--antiproton collisions by the UA4 experiment. We also determine that the integrated elastic cross section within the STAR t-range is σfidel=462.1±0.9(stat.)±1.1(syst.)±11.6(scale) μb.
We report results on an elastic cross section measurement in proton-proton collisions at a center-of-mass energy s√=510 GeV, obtained with the Roman Pot setup of the STAR experiment at the Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC). The elastic differential cross section is measured in the four-momentum transfer squared range 0.23≤−t≤0.67 GeV2. We find that a constant slope B does not fit the data in the aforementioned t range, and we obtain a much better fit using a second-order polynomial for B(t). The t dependence of B is determined using six subintervals of t in the STAR measured t range, and is in good agreement with the phenomenological models. The measured elastic differential cross section dσ/dt agrees well with the results obtained at s√=546~GeV for proton--antiproton collisions by the UA4 experiment. We also determine that the integrated elastic cross section within the STAR t-range is σfidel=462.1±0.9(stat.)±1.1(syst.)±11.6(scale) μb.
Atomic nuclei are self-organized, many-body quantum systems bound by strong nuclear forces within femtometer-scale space. These complex systems manifest a diverse set of shapes~, traditionally explored via non-invasive spectroscopic techniques at low energies. Their instantaneous shapes, obscured by long-timescale quantum fluctuations, are considered not directly observable at low energy. We introduce a complementary method, collective flow assisted nuclear shape imaging, to image the nuclear global shape by colliding them at ultrarelativistic speeds and analyzing the collective response of outgoing debris. This technique captures a collision-specific snapshot of the spatial matter distribution in the nuclei, which, through the hydrodynamic expansion, leaves imprints on the particle momentum distribution patterns observed in detectors. We benchmark this method in collisions of ground state Uranium-238 nuclei, known for its elongated, axial-symmetric shape. Our findings, while confirming an overall deformation broadly consistent with prior low-energy experiments, also indicate a small deviation from axial symmetry in the nuclear ground state. This approach marks a new way of imaging nuclei, especially those with uncertain shape characteristics, and refines initial conditions in high-energy nuclear collisions. It tackles the important issue of nuclear structure evolution across various energy scales.
We report the first measurements of cumulants, up to 4𝑡ℎ order, of deuteron number distributions and protondeuteron correlations in Au+Au collisions recorded by the STAR experiment in phase-I of Beam Energy Scan (BES) program at the Relativistic Heavy Ion Collider. Deuteron cumulants, their ratios, and proton-deuteron mixed cumulants are presented for different collision centralities covering a range of center-of-mass energy per nucleon pair √𝑠NN = 7.7 to 200 GeV. It is found that the cumulant ratios at lower collision energies favor a canonical ensemble over a grand canonical ensemble in thermal models. An anti-correlation between proton and deuteron multiplicity is observed across all collision energies and centralities, consistent with the expectation from global baryon number conservation. The UrQMD model coupled with a phase-space coalescence mechanism qualitatively reproduces the collision-energy dependence of cumulant ratios and proton-deuteron correlations.
We report the first measurements of cumulants, up to 4th order, of deuteron number distributions and proton-deuteron correlations in Au+Au collisions recorded by the STAR experiment in phase-I of Beam Energy Scan (BES) program at the Relativistic Heavy Ion Collider. Deuteron cumulants, their ratios, and proton-deuteron mixed cumulants are presented for different collision centralities covering a range of center-of-mass energy per nucleon pair sNN−−−−√~=~7.7 to 200~GeV. It is found that the cumulant ratios at lower collision energies favor a canonical ensemble over a grand canonical ensemble in thermal models. An anti-correlation between proton and deuteron multiplicity is observed across all collision energies and centralities, consistent with the expectation from global baryon number conservation. The UrQMD model coupled with a phase-space coalescence mechanism qualitatively reproduces the collision-energy dependence of cumulant ratios and proton-deuteron correlations.
In heavy-ion collision experiments, the global collectivity of final-state particles can be quantified by anisotropic flow coefficients (vn). The first-order flow coefficient, also referred to as the directed flow (v1), describes the collective sideward motion of produced particles and nuclear fragments in heavy-ion collisions. It carries information on the very early stage of the collision, especially at large pseudorapidity (η), where it is believed to be generated during the nuclear passage time. Directed flow therefore probes the onset of bulk collective dynamics during thermalization, providing valuable experimental guidance to models of the pre-equilibrium stage. In 2018, the Event Plane Detector (EPD) was installed in STAR and used for the Beam Energy Scan phase-II (BES-II) data taking. The combination of EPD (2.1<|η|<5.1) and high-statistics BES-II data enables us to extend the v1 measurement to the forward and backward η regions. In this paper, we present the measurement of v1 over a wide η range in Au+Au collisions at √sNN= 19.6 and 27 GeV using the STAR EPD. The results of the analysis at √sNN=19.6 GeV exhibit excellent consistency with the previous PHOBOS measurement, while elevating the precision of the overall measurement. The increased precision of the measurement also revealed finer structures in heavy-ion collisions, including a potential observation of the first-order event-plane decorrelation. Multiple physics models were compared to the experimental results. Only a transport model and a three-fluid hybrid model can reproduce a sizable v1 at large η as was observed experimentally. The model comparison also indicates v1 at large η might be sensitive to the QGP phase transition.
In a Quark-Gluon Plasma (QGP), the fundamental building blocks of matter, quarks and gluons, are under extreme conditions of temperature and density. A QGP could exist in the early stages of the Universe, and in various objects and events in the cosmos. The thermodynamic and hydrodynamic properties of the QGP are described by Quantum Chromodynamics (QCD) and can be studied in heavy-ion collisions. Despite being a key thermodynamic parameter, the QGP temperature is still poorly known. Thermal lepton pairs (e+e− and μ+μ−) are ideal penetrating probes of the true temperature of the emitting source, since their invariant-mass spectra suffer neither from strong final-state interactions nor from blue-shift effects due to rapid expansion. Here we measure the QGP temperature using thermal e+e− production at the Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC). The average temperature from the low-mass region (in-medium ρ0 vector-meson dominant) is (1.99±0.24)×1012 K, consistent with the chemical freeze-out temperature from statistical models and the phase transition temperature from LQCD. The average temperature from the intermediate mass region (above the ρ0 mass, QGP dominant) is significantly higher at (3.40±0.55)×1012 K. This work provides essential experimental thermodynamic measurements to map out the QCD phase diagram and understand the properties of matter under extreme conditions.
With the STAR experiment at RHIC, we characterize √sNN = 200 GeV p+Au collisions by event activity (EA) measured within the pseudorapidity range η∈[−5,−3.4] in the Au-going direction and report correlations between this EA and hard- and soft-scale particle production at mid-rapidity (η∈[−1,1]). At the soft scale, charged particle production in low-EA p+Au collisions is comparable to that in \pp collisions and increases monotonically with increasing EA. At the hard scale, we report measurements of high transverse momentum (pT) jets in events of different EAs. In contrast to the soft particle production, high-pT particle production and EA are found to be inversely related. To investigate whether this is a signal of jet quenching in high-EA events, we also report ratios of pT imbalance and azimuthal separation of dijets in high- and low-EA events. Within our measurement precision, no significant differences are observed, disfavoring the presence of jet quenching in the highest 30% EA p+Au collisions at √sNN = 200 GeV.
Als Carlo Ginzburg die These formulierte, dass die Geisteswissenschaften wie die Kriminalliteratur im sog. "Indizienparadigma" gründeten, hatte er mit Sherlock Holmes einen Detektiv vor Augen, der persönlich den Tatort besichtigte. Dort erhob er Spuren, kombinierte sie und kam in oftmals ingeniösen, aber auch höchst spekulativen Schlussfolgerungen zur Lösung seines Falls. Vor dem Hintergrund aktueller Entwicklungen in Forschung und Fahndung muss dieses materiell und empirisch grundierte "Indizienparadigma" jedoch einer Revision unterzogen werden. Denn seit der Privatdetektiv von "Kommissar Computer" Konkurrenz bekommen hat, haben sich die Investigationspraktiken grundlegend gewandelt: So können computergestützte Fahndungs- und Aufklärungsmethoden eine Besichtigung des Tatorts ersetzen, während algorithmische Wahrscheinlichkeitsrechnung vergangene wie zukünftige Fälle erhellt. Der vorliegende Sammelband mit Beiträgen aus der Literatur-, Medien- und Designwissenschaft untersucht, inwiefern solche "virtuellen Investigationen" in Literatur und Kunst der Gegenwart eine Revision des Indizienparadigmas einschließen - und inwiefern Begriffe der Virtualität bereits die Investigativarbeit im 19. Jahrhundert prägten.
Einleitung: Die Zentrale Notaufnahme (ZNA) stellt eine Schnittstelle zwischen prä- und innerklinischer Versorgung dar. Das Spektrum der Krankheitsbilder erstreckt sich über jegliche Fachrichtungen und variiert von harmlosen Banalitäten bis zu akuten Notfällen. Eine sichere und suffiziente Primärversorgung ist die Basis eines qualitativ-hochwertigen Gesundheitssystems.2 Verspätete oder falsche Diagnosen in der ZNA sind mit 10-30 % keine Seltenheit.
Dies ist nicht nur für den individuellen Patienten belastend, es bedeutet auch einen zusätzlichen Ressourcenverbrauch und eine finanzielle Belastung für das Gesundheitssystem. Clinical Decision Support Systems (CDSS) haben das Potenzial, sowohl professionelle Anwender als auch Laien bei ihrer Diagnosefindung zu unterstützen. Fragestellung: Ziel der Arbeit ist es herauszufinden, welchen Einfluss der Diagnosezeitpunkt auf das Outcome von Patienten mit Abdominalschmerzen in der ZNA hat und inwiefern ein CDSS das Potenzial hat, die genannten Punkte zu beeinflussen.
Methoden: Es handelte sich um eine prospektive, doppelt verblindete Beobachtungsstudie. Patienten, die sich mit Abdominalschmerzen in der Notaufnahme vorstellten, gaben ihre Symptome in die Ada-App ein. Sowohl die Diagnosevorschläge der App als auch die Verdachtsdiagnosen des behandelnden Arztes wurden dokumentiert und verglichen. Weitere erhobene Parameter waren die Verwendung von apparativer Diagnostik, die vergangene Zeit bis zur endgültigen Diagnosestellung, das Auftreten von Komplikationen, die Komorbidität und Mortalität sowie die Länge des Krankenhausaufenthalts. Das Follow-Up erfolgte zu verschiedenen Zeitpunkten bis zu Tag 90. Für die Analyse wurden die 450 Patienten anhand des Zeitpunkts ihrer Diagnosestellung in Gruppen "früh" (Tag 0) und "spät" (Tag 1-24) eingeteilt.
Ergebnisse: Im Vergleich zur „frühen“ Gruppe, hatte die Gruppe der „spät“ diagnostizierten Patienten einen höheren Anteil von Männern (45.2% (n=168/372) versus 60.3 % (n=47/78); p=0.018), im Schnitt einen höheren Charlson Comorbidity Index (0.7 versus 1.1; p=0.045) und im Schnitt einen höheren RAI-C Score (8.06 versus 9.9; p<0.001) am Tag ihrer Vorstellung. Bei den „spät“ diagnostizierten blieben weniger Patienten komplikationsfrei (57.0 % 49 (n=212/372) versus 17.9% (n=14/78); p<0.001), es traten mehr Major-Komplikationen auf (8.9% (n=33/372) versus 17.9% (n=14/78); p=0.024), analog dazu war der Comprehensive Complication Index höher (13.1 versus 25.6; p<0.001) und sie verweilten länger im Krankenhaus (2.6 Tage versus 6.7 Tage; p<0.001). Zudem nahmen sie signifikant mehr apparative Diagnostik in Anspruch.
Die behandelnden Ärzte konnten in 82.6% der Fälle (n=372/450) am Tag der Vorstellung die korrekte Diagnose stellen. Die Ada-App konnte in insgesamt 52% der Fälle (n=234/450) die korrekte Diagnose unter ihren Diagnoseverschlägen nennen.
Schlussfolgerung: Multimorbide Patienten scheinen anfälliger zu sein für falsche und verspätete Diagnosen. Ein später Diagnosezeitpunkt korreliert mit der vermehrten Nutzung apparativer Diagnostik, einem komplikationsreicheren Verlauf, einer höheren Komorbidität und einem längeren Krankenhausaufenthalt.
Die Ada-App ist den Ärzten zwar unterlegen, dennoch ist Potenzial vorhanden.
Für Ärzte kann die Ada-App eine Unterstützung im Rahmen der Diagnosefindung darstellen. Neben der Ressourcenentlastung kann sie vor Fehlannahmen und frühzeitigen Schlussfolgerungen schützen und auf weitere mögliche Differentialdiagnosen hinweisen. Die Ada-App stellt für Laien mit Sicherheit eine Weiterentwicklung gegenüber der simplen Symptomsuche über das Internet dar, dennoch sollten weitere Studien den Nutzen und die Sicherheit der App überprüfen.
Highlights
• Investigates the effect of a nearly fare-free public transport ticket.
• In-depth analysis of the 9-Euro-Ticket using qualitative empirical research.
• Low-income people's mobility and social participation benefits from affordable PT.
• This study reveals six main findings of interest for policy and practice.
From June to August 2022, the financial barrier to public transport use almost completely disappeared in Germany due to the 9-Euro-Ticket. It enabled anyone with access to public transport infrastructure across Germany to use public transport for 9 euros per person per month. As this completely changed the conditions for public transport use, especially for low-income households with children, the following research questions arise: (1) what effect does the 9-Euro-Ticket have on the travel practices and social participation of low-income households with children? (2) how and by what were the travel practices shaped by the 9-Euro-Ticket? and (3) what happened to the interviewees’ travel practices after the measure expired? To answer these questions, twelve qualitative interviews were conducted with low-income households with children in the Hanover region.
This study found that the 9-Euro-Ticket removed the financial constraint of public transport use, changed the travel practices of most interviewees and had a wide range of positive meanings. The respondents associate the 9-Euro-Ticket with freedom, joy at being able to offer their children something, along with financial and psychological relief. Additionally, the 9-Euro-Ticket enabled the interviewees to engage in leisure activities, to visit relatives, contributed to integration, had an empowering effect, especially for women and children, and thus represents a measure to increase social participation. After the three months of the 9-Euro-Ticket, financing public transport use challenges low-income households again and financial constraints prevent them from reaching certain places and engaging in out-of-home activities.
Finanzielle Armut prägt Mobilitätspraktiken und kann dabei zum Prozess von mobilitätsbezogener sozialer Exklusion beitragen. Zu den Personen, deren Armutsrisiko besonders hoch ist, zählen in Deutschland Haushalte mit Kindern, insbesondere Alleinerziehende. Ältere Menschen haben nicht die höchste Armutsgefährdung, jedoch besteht bei ihnen das Risiko von Verharrung in Armut, da die Möglichkeiten, die finanzielle Situation aus eigener Kraft zu ändern mit zunehmendem Alter sinken.
Um ein tieferes Verständnis davon zu erhalten, wie finanzielle Armut die Mobilitätspraktiken und soziale Teilhabe von Haushalten mit Kindern sowie älteren Menschen prägt, wurden mit diesen beiden Personengruppen problemzentrierte Interviews in Ronnenberg (Region Hannover) geführt und analysiert. Die Ergebnisse belegen, dass, wenngleich alle Befragten mit ähnlich geringen finanziellen Ressourcen haushalten und Verzicht sowie Abwägungsprozesse notwendig sind, sich ihre Mobilitätspraktiken und Alltagsbewältigungsstrategien unterscheiden, was sich in zwei Typologien widerspiegelt. Erstens, eine Typologie der Mobilitätspraktiken von Haushalten mit Kindern: (i) autozentriert, (ii) autoreduziert, (iii) ÖPNV-orientiert und (iv) nichtmotorisiert. Zweitens, eine Typologie älterer Menschen anhand ihrer Mobilitätspraktiken: (i) aktive ältere Menschen mit vielseitigen sozialen Interaktionen, (ii) nachbarschaftsorientierte ältere Menschen mit lokalen Kontakten und (iii) ältere Menschen, die überwiegend zu Hause sind und wenig soziale Kontakte haben.
Um herauszufinden, inwiefern mobilitätsbezogene Barrieren der sozialen Teilhabe reduziert werden können, wurden fünf Maßnahmen bezüglich ihrer Wirkung auf die Mobilitätspraktiken einkommensarmer Haushalte mit Kindern untersucht: einerseits die Wirkung des 9-Euro-Tickets anhand von problemzentrierten Interviews mit einkommensarmen Haushalten mit Kindern, andererseits anhand von Expert:inneninterviews die Wirkung von Radlernkursen für Frauen mit Migrationshintergrund, eines Mietertickets, eines Quartierstickets und der Verbesserung der Nahraum- und Aufenthaltsqualität am Beispiel von Tempo 30. Die Ergebnisse zum 9-Euro-Ticket belegen, dass ein erschwingliches ÖPNV-Ticket erheblich zur Reduzierung mobilitätsbezogener Barrieren der sozialen Teilhabe im Armutskontext beiträgt. Die Expert:inneninterviews zeigen auf, dass eine Förderung des Umweltverbunds zielführend ist, um zu einer sozial-ökologischen Verkehrswende beizutragen und insbesondere Maßnahmenbündel Wirkung auf die Reduzierung von mobilitätsbezogenen Barrieren der sozialen Teilhabe entfalten.
Die Erkenntnisse dieser Dissertation ergänzen den wissenschaftlichen Forschungstand um ein tiefergehendes Verständnis der Wirkung von finanzieller Armut auf die Mobilitätspraktiken und soziale Teilhabe von Haushalten mit Kindern und älteren Menschen und helfen dabei, Maßnahmen zur Reduzierung mobilitätsbezogener Barrieren der sozialen Teilhabe zu konzipieren und umzusetzen.
On the potential for GWAS with phenotypic population means and allele-frequency data (popGWAS)
(2024)
This study explores the potential of a novel genome-wide association study (GWAS) approach for identifying loci underlying quantitative polygenic traits in natural populations. Extensive population genetic forward simulations demonstrate that the approach is generally effective for oligogenic and moderately polygenic traits and relatively insensitive to low heritability, but applicability is limited for highly polygenic architectures and pronounced population structure. The required sample size is moderate with very good results being obtained already for a few dozen populations scored. The method performs well in predicting population means even with a moderate false positive rate. When combined with machine learning for feature selection, this rate can be further reduced. The data efficiency of the method, particularly when using pooled sequencing, makes GWAS studies more accessible for research in biodiversity genomics. Overall, this study highlights the promise of this popGWAS approach for dissecting the genetic basis of complex traits in natural populations.
Dynamic imaging of landmark organelles, such as nuclei, cell membrane, nuclear envelope, and lipid droplets enables image-based phenotyping of functional states of cells. Multispectral fluorescent imaging of landmark organelles requires labor-intensive labeling, limits throughput, and compromises cell health. Virtual staining of label-free images with deep neural networks is an emerging solution for this problem. Multiplexed imaging of cellular landmarks from scattered light and subsequent demultiplexing with virtual staining saves the light spectrum for imaging additional molecular reporters, photomanipulation, or other tasks. Published approaches for virtual staining of landmark organelles are fragile in the presence of nuisance variations in imaging, culture conditions, and cell types. This paper reports model training protocols for virtual staining of nuclei and membranes robust to label-free imaging parameters, cell states, and cell types. We developed a flexible and scalable convolutional architecture, named UNeXt2, for supervised training and self-supervised pre-training. The strategies we report here enable robust virtual staining of nuclei and cell membranes in multiple cell types, including neuromasts of zebrafish, across a range of imaging conditions. We assess the models by comparing the intensity, segmentations, and application-specific measurements obtained from virtually stained and experimentally stained nuclei and membranes. The models rescue the missing label, non-uniform expression of labels, and photobleaching. We share three pre-trained models, named VSCyto3D, VSCyto2D, and VSNeuromast, as well as VisCy, a PyTorch-based pipeline for training, inference, and deployment that leverages the modern OME-Zarr format.
Motivated by the on-going discussion on the nature of magnetism in the quantum Ising chain CoNb2O6, we present a first-principles-based analysis of its exchange interactions by applying an \textit{ab initio} approach with additional modelling that accounts for various drawbacks of a purely density functional theory ansatz. With this method we are able to extract and understand the origin of the magnetic couplings under inclusion of all symmetry-allowed terms, and to resolve the conflicting model descriptions in CoNb2O6. We find that the twisted Kitaev chain and the transverse-field ferromagnetic Ising chain views are mutually compatible, although additional off-diagonal exchanges are necessary to provide a complete picture. We show that the dominant exchange interaction is a ligand-centered exchange process - involving the eg electrons -, which is rendered anisotropic by the low-symmetry crystal fields environments in CoNb2O6, giving rise to the dominant Ising exchange, while the smaller bond-dependent anisotropies are found to originate from d−d kinetic exchange processes involving the t2g electrons. We demonstrate the validity of our approach by comparing the predictions of the obtained low-energy model to measured THz and inelastic neutron scattering spectra.
Abstract
Seed harvesting from wild plant populations is key for ecological restoration, but may threaten the persistence of source populations. Consequently, several countries have set guidelines limiting the proportions of harvestable seeds. However, these guidelines are so far inconsistent, and they lack a solid empirical basis. Here, we use high-resolution data from 298 plant species to model the demographic consequences of seed harvesting. We find that the current guidelines do not protect populations of annuals and short-lived perennials, while they are overly restrictive for long-lived plants. We show that the maximum possible fraction of seed production – what can be harvested without compromising the long-term persistence of populations – is strongly related to the generation time of the target species. When harvesting every year, this safe seed fraction ranges from 80% in long-lived species to 2% in most annuals. Less frequent seed harvesting substantially increases the safe seed fraction: In the most vulnerable annual species, it is safe to harvest 5%, 10% or 30% of population seed production when harvesting every two, five or ten years, respectively. Our results provide a quantitative basis for seed harvesting legislations worldwide, based on species’ generation time and harvesting regime.
Significance The UN Decade on Ecosystem Restoration, 2021-2030, foresees upscaling restoration, and the demand for native seed is skyrocketing. Seeds for restoring native vegetation are often harvested in wild, but too intensive harvest can threaten the donor populations. Existing guidelines that set limits to wild seed harvest are mostly based on expert opinions, yet they commonly lack empirical basis and vary among regions in one order of magnitude. We show that the current guidelines urgently need to be reformulated, because they are overly restrictive in long-lived species, while they do not protect annual plants from extinction. Using matrix population models of nearly 300 plant species, we provide a quantitative basis for a new seed harvesting legislation world-wide.
Cyclin CLB2 mRNA localization and protein synthesis link cell cycle progression to bud growth
(2024)
Clb2 is a conserved mitotic B-type cyclin, the levels of which are finely controlled to drive progression through the cell cycle. While it is known that CLB2 transcription and Clb2 protein degradation are important for precise control of its expression, it remains unclear whether the synthesis of Clb2 is also regulated. To address whether and how Clb2 expression levels respond to cell growth changes and adapt cell cycle progression, we combined single-cell and single-molecule imaging methods to measure CLB2 mRNA and protein expression throughout the Saccharomyces cerevisiae cell cycle. We found that the CLB2 mRNA was efficiently localized to the yeast bud as soon as this compartment was formed, but strikingly the Clb2 protein accumulated in the mother nucleus. The CLB2 mRNA localization in the yeast bud by the She2-3 complex did not control protein localization but rather promoted CLB2 translation. Moreover, CLB2 mRNA bud localization and protein synthesis were coupled and dependent on a single secondary structure -a ZIP code-located in the coding sequence. In a CLB2 ZIP code mutant, mRNA localization was impaired and Clb2 protein synthesis decreased, resulting in changes in cell cycle distribution and increased size of daughter cells at birth. Finally, while in WT cells the Clb2 protein concentration followed bud growth, this relationship was impaired in the ZIP code mutant. We propose that S. cerevisiae couples the control of CLB2 mRNA bud localization and protein synthesis to coordinate cell growth and cell cycle progression. This mechanism extends our knowledge of CLB2 expression regulation, and constitutes a novel function for mRNA localization.
he family of cubic noncentrosymmetric 3-4-3 compounds has become a fertile ground for the discovery of novel correlated metallic and insulating phases. Here, we report the synthesis of a new heavy fermion compound, Ce3Bi4Ni3. It is an isoelectronic analog of the prototypical Kondo insulator Ce3Bi4Pt3 and of the recently discovered Weyl-Kondo semimetal Ce3Bi4Pd3. In contrast to the volume-preserving Pt-Pd substitution, structural and chemical analyses reveal a positive chemical pressure effect in Ce3Bi4Ni3 relative to its heavier counterparts. Based on the results of electrical resistivity, Hall effect, magnetic susceptibility, and specific heat measurements, we identify an energy gap of 65–70 meV, about eight times larger than that in Ce3Bi4Pt3 and about 45 times larger than that of the Kondo-insulating background hosting the Weyl nodes in Ce3Bi4Pd3. We show that this gap as well as other physical properties do not evolve monotonically with increasing atomic number, i.e., in the sequence Ce3Bi4Ni3−Ce3Bi4Pd3−Ce3Bi4Pt3, but instead with increasing partial electronic density of states of the 𝑑 orbitals at the Fermi energy. This work opens the possibility to investigate the conditions under which topological states develop in this series of strongly correlated 3-4-3 materials.
The family of cubic noncentrosymmetric 3-4-3 compounds has become a fertile ground for the discovery of novel correlated metallic and insulating phases. Here, we report the synthesis of a new heavy fermion compound, Ce3Bi4Ni3. It is an isoelectronic analog of the prototypical Kondo insulator Ce3Bi4Pt3 and of the recently discovered Weyl-Kondo semimetal Ce3Bi4Pd3. In contrast to the volume-preserving Pt-Pd substitution, structural and chemical analyses reveal a positive chemical pressure effect in Ce3Bi4Ni3 relative to its heavier counterparts. Based on the results of electrical resistivity, Hall effect, magnetic susceptibility, and specific heat measurements, we identify an energy gap of 65-70 meV, about eight times larger than that in Ce3Bi4Pt3 and about 45 times larger than that of the Kondo-insulating background hosting the Weyl nodes in Ce3Bi4Pd3. We show that this gap as well as other physical properties do not evolve monotonically with increasing atomic number, i.e., in the sequence Ce3Bi4Ni3-Ce3Bi4Pd3-Ce3Bi4Pt3, but instead with increasing partial electronic density of states of the d orbitals at the Fermi energy. To understand under which condition topological states form in these materials is a topic for future studies.
Heterostructures of graphene in proximity to magnetic insulators open the possibility to investigate exotic states emerging from the interplay of magnetism, strain and charge transfer between the layers. Recent reports on the growth of self-integrated atomic wires of β-RuCl3 on graphite suggest these materials as versatile candidates to investigate these effects. Here we present detailed first principles calculations on the charge transfer and electronic structure of β-RuCl3/heterostructures and provide a comparison with the work function analysis of the related honeycomb family members α-RuX3 (X = Cl,Br,I). We find that proximity of the two layers leads to a hole-doped graphene and electron-doped RuX3 in all cases, which is sensitively dependent on the distance between the two layers. Furthermore, strain effects due to lattice mismatch control the magnetization which itself has a strong effect on the charge transfer. Charge accumulation in β-RuCl3 strongly drops away from the chain making such heterostructures suitable candidates for sharp interfacial junctions in graphene-based devices.
canning tunneling microscopy (STM) is perhaps the most promising way to detect the superconducting gap size and structure in the canonical unconventional superconductor Sr2RuO4 directly. However, in many cases, researchers have reported being unable to detect the gap at all in simple STM conductance measurements. Recently, an investigation of this issue on various local topographic structures on a Sr-terminated surface found that superconducting spectra appeared only in the region of small nanoscale canyons, corresponding to the removal of one RuO surface layer. Here, we analyze the electronic structure of various possible surface structures using first principles methods, and argue that bulk conditions favorable for superconductivity can be achieved when removal of the RuO layer suppresses the RuO4 octahedral rotation locally. We further propose alternative terminations to the most frequently reported Sr termination where superconductivity surfaces should be observed.
Motivated by recently reported magnetic-field induced topological phases in ultracold atoms and correlated Moiré materials, we investigate topological phase transitions in a minimal model consisting of interacting spinless fermions described by the Hofstadter model on a square lattice. For interacting lattice Hamiltonians in the presence of a commensurate magnetic flux it has been demonstrated that the quantized Hall conductivity is constrained by a Lieb-Schultz-Mattis (LSM)-type theorem due to magnetic translation symmetry. In this work, we revisit the validity of the theorem for such models and establish that a topological phase transition from a topological to a trivial insulating phase can be realized but must be accompanied by spontaneous magnetic translation symmetry breaking caused by charge ordering of the spinless fermions. To support our findings, the topological phase diagram for varying interaction strength is mapped out numerically with exact diagonalization for different flux quantum ratios and band fillings using symmetry indicators. We discuss our results in the context of the LSM-type theorem.
Das Fach "Allgemeine und vergleichende Literaturwissenschaft (AVL)" beschäftigt sich mit dem Vergleich von Literatur aus verschiedenen Kulturen, Epochen und Gattungen. Der Begriff "Komparatistik" wird weitgehend synonym verwendet, legt aber einen noch stärkeren Schwerpunkt auf den Vergleich als allgemeine epistemologische Praxis, vor dem der Fokus auf Literatur in den Hintergrund geraten kann. Die Geschichte des Fachs in Deutschland reicht bis in das 19. Jahrhundert zurück, in dem es - in etwa zeitgleich mit den "Nationalphilologien" (hier also Germanistik) - vor allem im Sinne einer vergleichenden Literaturgeschichte entstand. Während in den Anfängen Einflussforschung und Gattungsgeschichte im Vordergrund standen, hat das Fach im 20. Jahrhundert mehrere Ausweitungen erfahren. So zählen beispielsweise auch die allgemeine Literatur- und Kulturtheorie, die Ästhetik und der Vergleich von Literatur mit anderen Medien zu den Forschungsgebieten der AVL. Schon früh wurde der grenzüberschreitende Anspruch der AVL über den von J.W. Goethe lancierten Begriff "Weltliteratur" bestimmt. Entsprechend gehört auch die Frage, wie der Begriff historisch verstanden wurde und wie er im Zeitalter beschleunigter Globalisierung zu denken ist, zu den prominentesten Debatten im Rahmen der AVL. In der ursprünglichen Konzeption von Goethe war "Weltliteratur" als Dialog zwischen den Nationalliteraturen gedacht, wobei sowohl Rezeption (des kulturell Fremden) als auch Widerspiegelung (des Eigenen in der Rezeption durch Andere) im Vordergrund standen. Heute wird die eurozentrische Orientierung des Begriffs problematisiert, aber die Frage bleibt virulent, ob und wie Literatur aus verschiedenen Kulturen und Sprachen auf eine universelle Ebene gehoben werden kann, ohne ihre spezifischen Kontexte zu verlieren.
Highlights
• The 1986 Immigration Reform and Control Act legalized millions of Hispanic migrants.
• The IRCA receive significantly increases state-to-county fiscal transfers.
• Electoral incentives of the state governor drive the fiscal response of the IRCA.
• Legalization increases Hispanic turnout and political engagement.
Abstract
We study the impact of immigrant legalization on fiscal transfers from state to local governments in the United States, exploiting variation in legal status from the 1986 Immigration Reform and Control Act (IRCA). State governments allocate more resources to IRCA counties, an allocation that is responsive to the electoral incentives of the governor. Importantly, the effect emerges prior to the enfranchisement of the IRCA migrants and we argue it is driven by the IRCA’s capacity to politically empower already legal Hispanic migrants in mixed legal status communities. The IRCA increases turnout in large Hispanic communities as well as Hispanic political engagement, without detectably triggering anti-migrant sentiment.
Although, during the past decades, substantial advances emerged in identifying major local and systemic factors contributing to initiation and progression of osteoarthritis (OA), some neuroendocrine mechanisms are still not understood or even neglected when thinking about novel therapeutic options. One of which is the sympathetic nervous system that exhibits various OA-promoting effects in different tissues of the joint. Interestingly, the β2-adrenoceptor (AR) mediates the majority of these effects as demonstrated by several in vitro, in vivo as well as in clinical studies. This review article does not only summarize studies of the past two decades demonstrating that the β2-AR plays an OA-promoting role in different tissues of the joint but also aims to encourage the reader to think about next-level research to discover novel and innovative preventive and/or therapeutic strategies targeting the β2-AR in OA.
Das Schilddrüsenkarzinom (SK) ist die häufigste bösartige endokrine Tumorerkrankung. Während das nicht-metastasierte und nicht-mutierte papilläre Schilddrüsenkarzinom (PSK) und das follikuläre Schilddrüsenkarzinom (FSK) eine gute Heilungschance aufweisen, zeigen die mutierten und metastasierten Varianten des PSK und FSK sowie das anaplastische Schilddrüsenkarzinom (ASK) weiterhin eine schlechte Prognose. Die Entwicklung von Therapieresistenzen stellen hierbei ein Hauptproblem in der Behandlung des fortgeschrittenen Schilddrüsenkarzinoms dar.
In den letzten Jahren wurden in Studien zunehmend Tumor-initiierende Zellen (TIZ) beschrieben, welche eine kleine Subpopulation von Zellen mit der Fähigkeit zur Selbsterneuerung, Tumorinitiierung und Entwicklung von Therapieresistenzen von Tumoren darstellen. Die Existenz von TIZ wurde auch im SK nachgewiesen. Ein entscheidender Faktor für die Persistenz von TIZ ist die Hypoxie, welche über eine Veränderung des Tumormikromilieus und des Zellmetabolismus zur Entstehung von Therapieresistenzen beiträgt. Ein durch Hypoxie hochreguliertes Enzym ist die Carboanhydrase IX (CAIX). CAIX wird hauptsächlich von Tumorzellen exprimiert und katalysiert die Reaktion von Kohlendioxid zu Bicarbonat und einem Proton und trägt damit zur Säurepufferung der Tumorzelle bei. CAIX stellt somit einen entscheidenden Faktor für das Überleben von Tumorzellen in einem hypoxischen Milieu dar. Des Weiteren ist eine erhöhte Expression von CAIX mit einem schlechten Patienten-Outcome assoziiert, wie z.B. im Brustkrebs. Diese Eigenschaften machen CAIX zu einem attraktiven Angriffspunkt einer zielgerichteten Tumortherapie. Die vorliegende Studie hat zum Ziel, die Expression von CAIX sowie dessen biologische Rolle im Schilddrüsenkarzinom näher zu untersuchen.
Hierzu wurden Proben von 114 SK-Patienten immunhistochemisch auf eine CAIX-Expression untersucht und mit tumorfreiem Schilddrüsengewebe verglichen. Hierbei waren unterschiedliche SK-Subtypen vertreten. Für eine weitere Validierung der Expressionsdaten erfolgte die Auswertung eines Datasets von „The Cancer Genome Atlas“ (TCGA) mithilfe von cBioportal. Da die Hypoxie ein wichtiger Faktor für die Persistenz von TIZ ist, wurde die CAIX-Expression in Tumorsphären, ein in vitro Nachweis von TIZ-Aktivität, mittels der Durchflusszytometrie bestimmt und mit der CAIX-Expression von Monolayern verglichen. Als SK-Zelllinien wurden BCPAP (PSK), FTC 133 (FSK) und 8505 C (ASK) verwendet. Anschließend wurde mithilfe der Polymerasekettenreaktion und Immunofluoreszenzfärbung untersucht, ob eine CAIX-Expression in den Tumorsphären mit der Expression von bereits bekannten Stammzellmarkern, u.a. NANOG, assoziiert ist. Die Unterschiede der CAIX-Expression, nach Inkubation der Monolayer jeweils in Normoxie und Hypoxie, wurden mittels Durchflusszytometrie bestimmt. Mithilfe eines genetischen CAIX-Knockdowns sowie einer pharmakologischen Inhibition mit dem CAIX-Inhibitor Methazolamid (MZM) wurde die Tumorzellproliferation und -Sphärenbildung unter Normoxie und Hypoxie bestimmt. Zusätzlich wurde der Einfluss von MZM auf die Apoptose und den Zellzyklus untersucht.
Immunhistochemische Färbungen der Gewebeproben von SK-Patienten zeigten, dass die CAIX-Expression sowohl im PSK und FSK als auch im ASK im Vergleich zum tumorfreien Schilddrüsengewebe erhöht war. Des Weiteren zeigte die klinisch-pathologische Datenanalyse, dass eine erhöhte CAIX-Expression mit dem Auftreten von Lymphknotenmetastasen im differenzierten SK assoziiert war. Auch die Analyse des TCGA-Datasets bestätigte, dass eine erhöhte Expression der CAIX-mRNA mit einem fortgeschrittenen Tumorstadium, Fernmetastasen und mit einem kürzeren Gesamt-Überleben von SK-Patienten korrelierte. Die weiteren funktionellen in vitro Untersuchungen ergaben, dass die CAIX-Expression in den Tumorsphären im Vergleich zu Monolayern erhöht und mit einer erhöhten Expression von Stammzellmarkern assoziiert war. Ein genetischer CAIX-Knockdown und eine CAIX-Inhibition mit MZM führten über eine Induktion der Apoptose und eines Zellzyklusarrests zu einer verminderten Tumorzellproliferation und Sphärenbildung.
Zusammenfassend deuten die Ergebnisse darauf hin, dass CAIX ein vielversprechendes Zielmolekül für eine gezielte Tumortherapie des fortgeschrittenen SK ist. Um diese Hypothese bestätigen zu können, sind jedoch weitere prospektive Analysen von Patientenproben sowie funktionelle in vivo Untersuchungen am SK nötig.
We report results on an elastic cross section measurement in proton–proton collisions at a center-of-mass energy √𝑠 = 510 GeV, obtained with the Roman Pot setup of the STAR experiment at the Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC). The elastic differential cross section is measured in the four-momentum transfer squared range 0.23 ≤ −𝑡 ≤ 0.67 GeV2. This is the only measurement of the proton-proton elastic cross section in this 𝑡 range for collision energies above the Intersecting Storage Rings (ISR) and below the Large Hadron Collider (LHC) colliders. We find that a constant slope 𝐵 does not fit the data in the aforementioned 𝑡 range, and we obtain a much better fit using a second-order polynomial for 𝐵(𝑡). This is the first measurement below the LHC energies for which the non-constant behavior 𝐵(𝑡) is observed. The 𝑡 dependence of 𝐵 is also determined using six subintervals of 𝑡 in the STAR measured 𝑡 range, and is in good agreement with the phenomenological models. The measured elastic differential cross section d𝜎∕dt agrees well with the results obtained at √𝑠 = 540 GeV for proton–antiproton collisions by the UA4 experiment. We also determine that the integrated elastic cross section within the STAR 𝑡-range is 𝜎f id el = 462.1 ± 0.9(stat.) ± 1.1(syst.) ± 11.6(scale) 𝜇b.
We prove that the projectivized strata of differentials are not contained in pointed Brill-Noether divisors, with only a few exceptions. For a generic element in a stratum of differentials, we show that many of the associated pointed Brill-Noether loci are of expected dimension. We use our results to study the Auel-Haburcak Conjecture: We obtain new non-containments between maximal Brill-Noether loci in Mg. Our results regarding quadratic differentials imply that the quadratic strata in genus 6 are uniruled.
Fluorescence microscopy has significantly impacted our understanding of cell biology. The extension of diffraction-unlimited super-resolution microscopy opened an observation window that allows for the scrutiny of cellular organization at a molecular level. The non-invasive nature of visible light in super-resolution microscopy methods renders them suitable for observations in living cells and organisms. Building upon these advancements, a promising synergy between super-resolution fluorescence microscopy and deep learning becomes evident, extending the capabilities of the imaging methods. Tasks such as image modality translation, restoration, single-molecule fitting, virtual labeling, spectral demixing, and molecular counting, are enabled with high precision. The techniques explored in this thesis address three critical facets in advanced microscopy, namely the reduction in image acquisition time, saving photon budget during measurement, and increasing the multiplexing capability. Furthermore, descriptors of protein distributions and their motion on cell membranes were developed.
The absolute branching fraction of the decay Λc(2625)+→Λ+cπ+π− is measured for the first time to be (50.7±5.0stat.±4.9syst.)% with 368.48 pb−1 of e+e− collision data collected by the BESIII detector at the center-of-mass energies of s√=4.918 and 4.950 GeV. This result is lower than the naive prediction of 67\%, obtained from isospin symmetry, by more than 2σ, thereby indicating that the novel mechanism referred to as the \textit{threshold effect}, proposed for the strong decays of Λc(2595)+, also applies to Λc(2625)+. This measurement is necessary to obtain the coupling constants for the transitions between s-wave and p-wave charmed baryons in heavy hadron chiral perturbation theory. In addition, we search for the decay Λc(2595)+→Λ+cπ+π−. No significant signal is observed, and the upper limit on its branching fraction is determined to be 80.8\% at the 90\% confidence level.
Manfred Peter Hein, Jg. 1931
(2024)
In Deutschland leidet ca. jeder zehnte Mensch über 40 Jahren an einer chronischen Einschränkung seiner Nierenfunktion. Nicht wenige davon sind im Laufe der Erkrankung auf eine Nierenersatztherapie angewiesen. Die Ursachen für eine Nierenschädigung sind vielfältig. Als neuartiger und vielversprechender Therapieansatz werden aktuell Mesenchymale Stamm-/Stromazellen (MSC) als Therapeutikum für diverse Nierenerkrankungen getestet. Erste Ergebnisse klinischer Phase-I-Studien zeigen, dass MSC sicher als Immunsuppressivum nach Nierentransplantation angewendet werden können. Auch für weitere Erkrankungen der Niere sind erste klinische Studien am Laufen. MSC gelten als regenerativ, immunsupprimierend und antientzündlich. Dennoch gibt es noch einige Limitationen. Nach der Transplantation der Zellen ist das Wachstum der Zellen oft eingeschränkt und es kommt zur vermehrten Apoptose. Auch wird immer wieder ein paradoxes und entzündungsförderndes Verhalten der MSC am Wirkort beobachtet. Ein wichtiger Lösungsansatz ist eine in vitro Vorbehandlung der MSC zur Modulierung der zellulären Eigenschaften. In dieser Arbeit wurden drei Substanzen und Arzneimittel auf ihre Fähigkeit untersucht, die entzündungshemmenden Eigenschaften der MSC zu verbessern und die entzündungsfördernden zu unterdrücken. Der Fokus lag hierbei auf dem Arzneimittel Niclosamid und den beiden bisher noch nicht zugelassenen Substanzen Berberin und Gedunin, die alle in vitro und in vivo bereits erste vielversprechende antientzündliche Wirkungen bewiesen haben. Für diese Arbeit wurden MSC aus Fettgewebe isoliert (ASC) und mit LPS oder einem Cytokin-Mix (Mischung aus TNF-α, IFN-γ und IL-1β) sowie den drei Substanzen stimuliert. Untersucht wurden im Anschluss die mRNA-Expressionen der gängigsten proinflammatorischen (TNF-α, IL-6, TLR-4, ICAM-1, HLA-DR) und antiinflammatorischen Marker (IDO, IL-10), sowie mittels ELISA die Protein-Freisetzung von IL-6 und IL-8. Die vielversprechendsten Ergebnisse ließen sich durch Berberin hervorrufen. Hier zeigte sich eine deutliche Senkung der IL-8-Konzentration im ELISA. Die Anwendung des Gedunin hatte keine signifikante Wirkung auf die ASC. Niclosamid hingegen scheint widererwarten sogar entzündungsfördernd zu wirken, in dem es die IL-6-, ICAM-1-mRNA-Expression steigerte und die IDO-mRNA-Expression absenkte. Unter den drei getesteten Subtanzen hat Berberin die beste Wirkung bewiesen. Nach weiterer Testung könnte eine Anwendung mit Berberin als in vitro Präkonditionierung von MSC vielversprechend sein. Die Verwendung von Niclosamid hingegen sollte vermieden werden, die Wirkung von Gedunin müsste genauer untersucht werden.
SAFE Update June 2024
(2024)
Existing table retrieval approaches estimate each table’s relevance for a particular information need and return a ranking of the most relevant tables. This approach is not ideal since the returned tables often include irrelevant data and the required information may be scattered across multiple tables. To address these issues, we propose the idea of fine-grained structured table retrieval and present our vision of R2D2, a system which slices tables into small tiles that are later composed into a structured result that is tailored to the user-provided information need. An initial evaluation of our approach demonstrates how our idea can improve table retrieval and relevant downstream tasks such as table question answering.
Customer loyalty is a critical measure for success, showing if a firm's product is received well by its customers. To understand its development over time, two fundamental questions must be answered: (I) How will current customers' loyalty develop, and (II) will new customers' loyalty differ from current customers' loyalty? The authors empirically answer these questions based on a data set including ~500 B2B web technologies with jointly ~325 million customers spanning over 24 years. They show that loyalty hardly develops and, if so, it rather decreases than increases. The loyalty of current customers rarely changes and, if so, rather increases than decreases. New customers are most likely less loyal than current customers. These results show that by failing to account for these underlying developments, stakeholders, in most cases, draw the wrong conclusions about product value measured via customer lifetime value.
The significance of data and Artificial Intelligence (AI) has a profound impact on all industries, presenting both challenges and opportunities. Given its power and relevance, AI has not gone unnoticed in the public affairs sector. The upcoming German federal election in 2025 brings discussions about AI to the forefront, raising questions about the extent to which data will drive the public affairs field and how it will be handled.
Generative AI is a game changer – also in the financial sector. Institutions and their IT service providers need to consider carefully: Which AI approach will enable them to implement optimal solutions for themselves and their customers in this highly regulated environment? How did Finanz Informatik, as the savings banks’ digitalization partner, proceed here?
The Indian species of the genera Orionis Shaw and Stenothremma Shaw (Braconidae, Euphorinae) are reviewed. Both genera are reported for the first time from India. Three new species, Orionis shillongensis Gupta, van Achterberg & Pattar sp. nov. from north-eastern India (Meghalaya), O. femorator Gupta, van Achterberg & Pattar sp. nov. from southern India (Karnataka and Tamil Nadu) and Stenothremma flavator Gupta & van Achterberg sp. nov. from southern India (Karnataka) are illustrated and described. A key to the Old World species of Orionis Shaw is provided.
Die Epoche der Weimarer Republik war gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Umbrüchen im politischen, ökonomischen und gesellschaftlichen Bereich. Diese durch den Ersten Weltkrieg verursachten radikalen Veränderungen der Lebensverhältnisse hatten auch einen weitreichenden Einfluss auf den Alltag und die öffentliche Wahrnehmung der Frauen dieser Zeit: So konnten diese ab 1918 an den Wahlen teilnehmen, konnten sich an allen deutschen Universitäten einschreiben und in bestimmtem Maße finanziell unabhängig werden. Das Bild der so genannten "Neuen Frau", das gleichzeitig in der Öffentlichkeit generiert wurde, war insbesondere gekennzeichnet durch innerliche und äußerliche Emanzipation und stellte damit einen radikalen Gegenpol zur traditionellen Weiblichkeit des 19. Jahrhunderts dar. Viele Facetten der "Neuen Frau" sind in der Forschung weitgehend erschlossen - die sportliche Frau, die automobile Frau, die Frau als flapper oder garçonne - nur einer Ausprägung des neuen Frauentypus wurde bisher wenig Beachtung geschenkt: der Frau als Verbrecherin. Ziel der vorliegenden interdisziplinär und medienkomparatistisch angelegten Dissertation ist es daher, übergreifende Semantiken und Ästhetiken der geschlechtsspezifischen Verbrechensdarstellung in der Weimarer Republik offenzulegen und die unterschiedlich erzeugten, vermittelten und klassifizierenden Vorstellungen von Verbrecherinnen zu analysieren und zu kontextualisieren. Das zugrundeliegende Material umfasst dabei fachwissenschaftliche, publizistische und literarische Darstellungen von Verbrecherinnen, wobei das Hauptaugenmerk auf der Analyse von Artikeln aus Illustrierten Magazinen liegt, da diese, neben Radio und Film, zu den wirkungsmächtigsten Medien der Weimarer Republik gehören.
The PhD addresses the feasibility of reconstructing open charm mesons with the Compressed Baryonic Matter experiment, which will be installed at the FAIR accelerator complex at Darmstadt/Germany. The measurements will be carried out by means of a dedicated Micro Vertex Detector (MVD), which will be equipped with CMOS Monolithic Active Pixel Sensors (MAPS). The feasibility of reconstructing the particles with a proposed detector setup was studied.
To obtain conclusive results, the properties of a MAPS prototype were measured in a beam test at the CERN-SPS accelerator. Based on the results achieved, a dedicated simulation software for the sensors was developed and implemented into the software framework of CBM (CBMRoot). Simulations on the reconstruction of D0-mesons were carried out. It is concluded that the reconstruction of those particles is possible.
The PhD introduces the physics motivation of doing open charm measurements, represents the results of the measurements of MAPS and introduces the innovative simulation model for those sensors as much as the concept and results of simulations of the D0 reconstruction.
Why do banks issue contingent convertible debt? To answer this question we study comprehensive data covering all issues by publicly traded banks in Europe of contingent convertible bonds (CoCos) that count as additional tier 1 capital (AT1). We find that banks with lower asset volatility are more likely to issue AT1 CoCos than their riskier counterparts, but that CDS spreads do not react following issue announcements. Our estimates therefore suggest that agency costs play a crucial role in banks' ability to successfully issue CoCos. The agency costs may be higher for CoCos than for equity explaining why we observe riskier or lowly capitalized banks to issue equity rather than CoCos.
Over the last few decades, considerable attention has focused on small-scale studies of invasive plants and invaded systems. Unfortunately, small scale studies rarely provide comprehensive insight into the complexities of biological invasions at macroscales. Systematic and repeated monitoring of biological invasions at broad scales are rare. In this report, we highlight a unique invasive plant database from the national Forest Inventory and Analysis (FIA) program of the United States Forest Service. We demonstrate the importance and capability of this subcontinental-wide database by showcasing several critical macroscale invasion patterns that have emerged from its initial analysis: (1) large portion of the forests systems (39%) in the United States are impacted by invasive plants, (2) forests in the eastern United States harbor more invasive species than the western regions, (3) human land-use legacies at regional to national scalesb may drive large-scale invasion patterns. This accumulated dataset, which continues to grow in temporal richness with repeated measurements, will allow the understanding of invasion patterns and processes at multi-spatial and temporal scales. Such insights are not possible from smaller-scale studies, illustrating the benefit that can be gained by investing in the development of regional to continental-wide invasion monitoring programs elsewhere.
Ziel: Nebennierenraumforderungen können sonographisch mit guter Sensitivität und Spezifität erkannt werden. Ziel der vorliegenden Studie war es, die Wertig-keit der Kontrastmittel-Sonographie (CEUS = contrast enhanced ultrasound) unter Verwendung von Zeit-Intensitäts-Kurven für die Charakterisierung von Nebennierenraumforderungen zu bewerten.
Material und Methoden: 108 Patienten mit 116 Raumforderungen der Neben-niere erhielten einen Ultraschall der Nebenniere, inklusive einer Kontrastmittel-Sonographie mit dem Kontrastmittel SonoVue®. Die Kontrastmitteldynamik wurde mittels Zeit-Intensitätskurven aufgezeichnet. Anhand der Kontrastmittel-anflutungszeit wurden folgende vier Kontrastmittelanreicherungsmuster ver-wendet, welche in einer Pilotstudie1 entwickelt wurden: Anreicherungsmuster I = früh arterielle Kontrastmittelanreicherung, Anreicherungsmuster II = arterielle Kontrastmittelanreicherung, Anreicherungsmuster III = späte Kontrastmittelan-reicherung, Anreicherungsmuster IV = keine Kontrastmittelanreicherung. Zu-sätzlich erhielten alle Patienten eine Beurteilung der Nebenniere durch ein zweite Bildgebendes Verfahren (Computertomographie (CT) oder Magnetresonanztomographie (MRT)) sowie eine laborchemische Hormondiagnostik. In Fällen mit malignitätsverdächtigem Befund erfolgte eine Biopsie oder Adrenalektomie.
Ergebnisse: CEUS- Anreicherungsmuster I und II konnten bei allen Patienten mit primärem oder sekundärem Malignom der Nebenniere (n = 16) nachgewie-sen werden. Die Sensitivität der CEUS für die Diagnose einer malignen Neben-nierenraumforderung betrug 100% (95% CI [75; 100]) und die Spezifität 67% (95% CI [56; 75]). Bei 40 Nebennierenraumforderungen war die Histologie die Referenzmethode. In 68% dieser Nebennierenraumforderungen waren MRT/CT und CEUS kongruent in der Beurteilung der Dignität. Schlussfolgerung: Die Kontrastmittel-Sonographie ist eine nützliche ergän-zende Methode in der Aufarbeitung von Nebennierenraumforderungen mit exzellenter Sensitivität für die Diagnose eines Malignoms.
Most elements heavier than iron are synthesized in stars during neutron capture reactions in the r- and s-process. The s-process nucleosynthesis is composed of the main and weak component. While the s-process is considered to be well understood, further investigations using nucleosynthesis simulations rely on measured neutron capture cross sections as crucial input parameters. Neutron capture cross sections
relevant for the s-process can be measured using various experimental methods. A prominent example is the activation method relying on the 7Li(p,n)7Be reaction as a neutron source, which has the advantage of high neutron intensities and is able to create a quasi-stellar neutron spectrum at kBT = 25 keV. Other neutron sources able to provide quasi-stellar spectra at different energies suffer from lower neutron intensities. Simulations using the PINO tool suggest the neutron activation of samples with different neutron spectra, provided by the 7Li(p,n)7Be reaction, and a subsequent linear combination of the obtained spectrum-averaged cross sections
to determine the Maxwellian-averaged cross section (MACS) at various energies of astrophysical relevance. To investigate the accuracy of the PINO tool at proton energies between the neutron emission threshold at Ep = 1880.4 keV and 2800 keV,
measurements of the 7Li(p,n)7Be neutron fields are presented, which were carried out at the PTB Ion Accelerator Facility at the Physikalisch-Technische Bundesanstalt in Braunschweig. The neutron fields of ten different proton energies were measured.
The presented neutron fields show a good agreement at proton energies Ep = 1887, 1897, 1907, 1912 and 2100 keV. For the other proton energies, E p = 2000, 2200, 2300, 2500, and 2800 keV, differences between measurement and simulation were found and discussed. The obtained results can be used to benchmark and adapt the PINO tool and provide crucial information for further improvement of the neutron activation method for astrophysics.
An application for the 7Li(p,n)7Be neutron fields is presented as an activation experiment campaign of gallium, an element that is mostly produced during the weak s-process in massive stars. The available cross section data for the 69,71Ga(n,γ)
reactions, mostly determined by activation measurements, show differences up toa factor of three. To improve the data situation, activation measurements were carried out using the 7Li(p,n)7Be reaction. The neutron capture cross sections for
a quasi-stellar neutron spectrum at kBT = 25 keV were determined for 69Ga and 71Ga.
In this dissertation the formal abstraction and verification of analog circuit is examined. An approach is introduced that automatically abstracts a transistor level circuit with full Spice accuracy into a hybrid automaton (HA) in various output languages. The generated behavioral model exhibits a significant simulation speed-up compared to the original netlist, while maintaining an acceptable accuracy, and can be therefore used in various verification and validation routines. On top of that, the generated models can be formally verified against their Spice netlists, making the obtained models correct by construction.
The generated abstract models can be extended to enclose modeling as well as technology dependent parameter variations with little over approximations. As these models enclose the various behaviors of the sampled netlists, the obtained models are of significant importance as they can replace several simulations with just a single reachability analysis or symbolic simulation. Moreover, these models can be as well be used in different verification routines as demonstrated in this dissertation.
As the obtained models are described by HAs with linear behaviors in the locations, the abstract models can be as well compositionally linked, allowing thereby the abstraction of complex analog circuits.
Depending on the specified modeling settings, including for example the number of locations of the HA and the description of the system behavior, the accuracy, speedup, and various additional properties of the HA can be influenced. This is examined in detail in this dissertation. The underlying abstraction process is first covered in detail. Several extensions are then handled including the modeling of the HAs with parameter variations. The obtained models are then verified using various verification methodologies. The accuracy and speed-up of the abstraction methodology is finally evaluated on several transistor level circuits ranging from simple operational amplifiers up to a complex circuits.
Intelligenz ist einer der stärksten Einzelprädikatoren für berufliche Leistungen. Hochintelligente Personen, sogenannte Hochbegabte, müssten daher generell hohe berufliche Leistungen erbringen. Dies steht jedoch im Widerspruch zu Darstellungen von Schwierigkeiten Hochbegabter im Beruf. Sollten die negativen Stereotype zutreffen, wäre dies aus ressourcenorientierter Sicht problematisch, da Organisationen das der Hochbegabung zugrunde liegende Potenzial der Mitarbeiter*innen nicht hinreichend nutzen. Die vorliegende Arbeit leistet einen Beitrag dazu, diese Diskrepanz aufzuklären, indem sie untersucht wie Hochbegabte ihre berufliche Situation (erfolgreich) gestalten. Nach einer Begriffsklärung und Darstellung des Zusammenhangs von Intelligenz und Beruf wird im ersten Beitrag der internationale Forschungsstand mithilfe eines Literature Reviews systematisiert. Aufbauend darauf werden im zweiten Beitrag mithilfe einer Fragebogenerhebung die überwiegend internationalen Beiträge durch eine deutsche Stichprobe und die bisher wenig betrachtete Gruppe von Hochbegabten gemäß Kompetenzdefinition ergänzt. Schließlich fokussiert der dritte Beitrag den Widerspruch, dass Hochbegabte generell erfolgreich und zufrieden im Beruf sind, jedoch individuell von Schwierigkeiten berichten. Dazu werden teilstrukturierte Interviews durchgeführt, um ein tieferes Verständnis für den Einfluss der Hochbegabung auf den Beruf sowie etwaige bestehende Unterschiede zu nicht-hochbegabten Personen zu gewinnen. Zudem werden Strategien erfasst, die Hochbegabte nutzen, um Unterschiede und eventuell daraus resultierende Schwierigkeiten zu bewältigen. Abschließend werden Implikationen für die Berufspraxis und Forschung diskutiert.
Mast cells are long-lived tissue-resident leukocytes, located most abundantly in the skin and mucosal surfaces. They belong to the first line of defence of the body, protecting against invading pathogens, toxins and allergens. Their secretory granules are densely packed with a plethora of mediators, which can be released immediately upon activation of the cell. Next to their role in IgE-mediated allergic diseases and in promoting inflammation, potential anti-inflammatory functions have been assigned to mast cells, depending on the biological setting. The aim of this thesis was to contribute to a better understanding of the role of mast cells during the resolution of a local inflammation. Therefore, in a first of step a suitable model of a local inflammation had to be identified. Since comparison of the two Toll-like receptor (TLR)-agonists zymosan and lipopolysaccharide (LPS), which are most commonly used to locally induce inflammation, revealed a systemic response after LPS-injection and a local inflammation after zymosan-injection, the TLR2 agonist zymosan was chosen for the subsequent experiments. Multi epitope ligand cartography (MELC) combined with statistical neighbourhood analysis showed that mast cells are located in an anti-inflammatory microenvironment next to M2 macrophages during resolution of inflammation, while neutrophils and M1 macrophages are located in the zymosan-filled core of the inflammation. Furthermore, infiltrating neutrophils during peak inflammation and an increasing population of macrophages phagocytosing neutrophils during resolution of inflammation could be observed. MELC as well as flow cytometry analysis of mast cell-deficient mice revealed a decreased phagocytosing activity of macrophages in the absence of mast cells. As an untargeted approach to identify mast cell-derived mediators induced by zymosan, mRNA sequencing of bone marrow-derived mast cells (BMMCs) was performed. Gene ontology term analysis of the sequencing data revealed the induction of the type I interferon (IFN) pathway as the dominant response. Contradicting previous studies, I could validate the production of IFN-β by mast cells in response to zymosan and LPS in vitro. Furthermore IFN-β expression by mast cells was also detected in vivo. In accordance with previous studies regarding other cell types the release of IFN-β by mast cells depends on endosomal signaling. The potential of IFN-β to enhance the phagocytosing activity of macrophages has been demonstrated recently. Besides IFN-β, various other mediators with reported enhancing effects on macrophage phagocytosis were also induced by zymosan in BMMCs, including Interleukin (IL)-1β, IL-4, IL-13, and Prostaglandin (PG) E2. Thus, either one of these mediators alone or a combination of them could promote macrophage phagocytosis.
In conclusion, I herein present mast cells as a novel source for IFN-β induced by non-viral TLR ligands and demonstrate their enhancing effect on macrophage phagocytosis, thereby contributing to the resolution of inflammation.
Dass Geschlechter-Dramen nicht zwingend in einer Eskalation der Verhältnisse münden müssen, beweist der Beitrag von Stephanie Polek, die sich dem Thema "No Drama in Drama. Poetische Dekonstruktionen geschlechtsspezifischer Räume in der Romanverfilmung "Carol" von Todd Haynes" widmet. Im Vordergrund der Betrachtungen steht die Inszenierung einer homosexuellen Beziehung zweier Frauen in den 1950er Jahren, die bereits in der literarischen Vorlage, die 1952 unter dem Titel "The Price of Salt" erschien, in den Termini der aristotelisch geprägten Tragödientradition gesprochen, nicht in einer Katastrophe mündet, sondern ein (stilles) Happy End für die Protagonistinnen vorsieht. Polek stellt heraus, dass der im Jahr 2015 erschienene Film nicht nur die Thematisierung von Homosexualität vornimmt, sondern diese vor allem mit den damit kollidierenden Lebensentwürfen verbindet, die in den gesellschaftlichen Verhältnissen im nordamerikanischen Raum der 1950er Jahre vorherrschten. Dies gelingt dem Regisseur Todd Haynes im Medium des Films durch formale Gestaltungsmittel in Form der Montage sowie der visuellen Darstellung geschlechtsspezifischer Räume, die eine entscheidende Bedeutung für die Veränderung und Dekonstruktion scheinbar stabiler Entwürfe der Geschlechterrollen einnehmen.
Die vorliegende Arbeit mit dem Titel Multiphoton Processes and Photocontrol of Biochemical Reaction Pathways befasst sich mit verschiedenen Strategien zur Implementierung von optischer Kontrolle in biochemisch relevanten Systemen. Auf systemischer Ebene wurde einerseits die Licht-getriebene Natriumpumpe Krokinobacter Eikastus Rhodopsin 2 (KR2) vor dem Hintergrund optogenetischer Anwendungen untersucht, und andererseits die Optimierung der wichtigsten photochemischen Parameter von photolabilen Schutzgruppen (PPG, engl. photolabile protecting group) angestrebt. Von der technisch-photophysikalischen Seite wurde ein weiterer Fokus auf den Aktivierungs- und Deaktivierungsschritt gelegt. Hierbei wurden vor allem Mehrphotonen-Prozesse betrachtet, die entweder durch simultane Absorption zweier Photonen zu einer spezifischen hoch-energetischen Anregung führen, oder durch sequentielle Absorption eine sukzessive Aktivierung und Deaktivierung eines Systems bewerkstelligen können. Auch wenn der Schwerpunkt dieser schriftlichen Arbeit auf den spektroskopischen Ergebnissen liegt, waren alle hier diskutierten Projekte stark kollaborativ und umfassten eine große Bandbreite verschiedener Techniken. Dies spiegelt den interdisziplinären Charakter vieler aktueller Fragestellungen in der photochemischen Forschung wider, die - in vielen Fällen - letztlich auf medizinische oder pharmazeutische Fortschritte abzielen.
Zunächst wurde die lichtgetriebene Natriumpumpe KR2 untersucht, die durch ihre mögliche Anwendung als optogenetisches Werkzeug bekannt wurde. In einer vergleichenden Studie der Natrium- und Protonenpumpmodi von KR2 konnten wichtige mechanistische Prinzipien für die Funktionalität des Proteins identifiziert werden. Dazu gehört die direkte Beteiligung spezifischer Strukturmerkmale wie die Aminosäure N112 und/oder der ECL1-Domäne am Ionen-Translokationsweg, sowie das enge Zusammenspiel zwischen dem Retinal und seinem Gegenion D116. Gleichzeitig bot diese IR-Studie einen der ersten mechanistischen Einblicke in den Protonenpump-Photozyklus in KR2, der deutlich weniger erforscht war. In Zusammenarbeit mit dem Arbeitskreis Glaubitz wurden die strukturellen Veränderungen des Chromophors und seiner Umgebung während der verschiedenen Photointermediate mittels DNP-verstärkter Festkörper-NMR und optischer Spektroskopie näher untersucht. Hier trugen zeitaufgelöste IR-Messungen in der HOOP (engl. hydrogen out of plane)-Moden-Region dazu bei, die dynamischen Veränderungen der Chromophorkonfiguration und -Verdrillung zu verfolgen. Es konnte gezeigt werden, dass Retinal im O-Intermediat tatsächlich zu seiner all-trans-Konfiguration reisomerisiert wird, aber im Vergleich zu seiner Dunkelzustandskonfiguration deutlich stärker verdreht vorliegt.
Dies wurde auch durch die Ergebnisse im nahen UV-Bereich bestätigt, welcher bei der Charakterisierung von mikrobiellen Rhodopsinen oft ausgelassen wird. Die neu gefundene Signatur erwies sich als SBS (engl. second bright state) der 13-cis-Konfiguration des Retinals, die mit der Bildung des O-Intermediats in KR2 verschwindet. Neben der offensichtlichen Verwendung als spektraler Marker wurde der SBS-Übergang auch bezüglich seiner Anwendbarkeit für optische Kontrollexperimente untersucht. Ähnlich wie beim BLQ (engl. blue light quenching)-Effekt war es möglich, den KR2-Dunkelzustand durch Anwendung von fs-Pulsen im nahen UV - ausgehend von einem photostationären Zustand - zu regenerieren. Durch Variation der Probenbedingungen war es möglich, gezielt K (pH~5) oder M (pH~9) anzusteuern, was sich auch in unterschiedlichen Deaktivierungs-Dynamiken äußerte. Diese Ergebnisse können zusammen mit dem hier vorgeschlagenen experimentellen Konzept als Grundlage für komplexere Multiphotonen-Sequenzen im Zusammenhang optogenetischer Fragestellungen verwendet werden.
Im Gegensatz zu den recht großen und komplexen Photorezeptoren bieten unter anderem PPGs einen feineren Weg, um biochemische Reaktionen gezielt zu steuern und auszulesen. In diesem Zusammenhang sind zwei Eigenschaften von großer Bedeutung: Einerseits die Fähigkeit der PPG, Photonen bestimmter Wellenlängen zu absorbieren, und andererseits die Effizienz der gewünschten photochemischen Reaktion. Der letztgenannte Aspekt wurde unter der Hypothese untersucht, dass die Verringerung der konkurrierenden Deaktivierungskanäle in PPGs zu einer höheren Quantenffizienz der Freisetzung führt. Dies wurde an DEACM-basierten Modellverbindungen getestet, die systematisch modifiziert wurden, um verschiedene Deaktivierungsprozesse des angeregten Zustands zu identifizieren. Durch das Hinzufügen eines zusätzlichen sechsgliedrigen Rings wurde die Freisetzungsausbeute im Vergleich zu DEACM um das 2- bis 3-fache erhöht. Dies konnte durch eine weitere Planarisierung des Systems mit einer zusätzlichen Doppelbindung an der C6-Position sogar noch weiter verbessert werden (bis zu einem Faktor von 5-6). Die Anregung des Cumarin-Rückgrats führt zu einem lokal-angeregten Zustand, der sich im Gleichgewicht mit einem Ladungstransferzustand befindet. In Abhängigkeit der lokalen Umgebung, die vor allem durch die Protizität und Polarität des Lösungsmittels bestimmt wird, wird der Ladungstransfercharakter eher stabilisiert oder gar destabilisiert. Die Ladungsverschiebung führt auch zu einer Abschwächung der spaltbaren C-C-Bindung, die eine Voraussetzung für die Freisetzungsreaktion ist. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass der mit der Freisetzungsreaktion verbundene zusätzliche Zerfallskanal zu einer mehr als 2-fachen Verringerung der Lebensdauer des angeregten Zustands in den funktionalisierten PPGs führt. Diese Eigenschaft ist ein vielversprechender photophysikalischer Indikator für die Freisetzung der Abgangsgruppe, der durch spektroskopische oder - mit zusätzlicher räumlicher Auflösung - auch durch mikroskopische Techniken wie in der Fluoreszenzlebensdauer-Mikroskopie ausgelesen werden könnte...
Die Arbeit befasst sich mit einer Vereinfachung des von Devroye (1999) geprägten Begriffs der random split trees und verallgemeinert diesen im Sinne von Janson (2019) auf unbeschränkten Verzweigungsgrad. Diese Verallgemeinerung deckt auch preferential attachment trees mit linearen Gewichten ab, wofür ein Beweis von Janson (2019) aufbereitet wird. Zusätzlich bleiben die von Devroye (1999) nachgewiesenen Eigenschaften über die Tiefe der hinzugefügten Knoten erhalten.
Die vorliegende Arbeit untersucht den Übergang von Mitarbeitenden zu Führungskräften. Der Fokus der Arbeit ist nicht die Konzeption der Führungskräfteentwicklung aus der Perspektive der Unternehmen, sondern die Untersuchung der Entstehung und Gestaltung dieses Übergangs durch die Mitarbeitenden innerhalb ihrer beruflichen Rahmenbedingungen. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass sich in der Gestaltung dieses Übergangs von Mitarbeitenden zur Führungskräften individuelle und organisatorische Aspekte verbinden – bzw. diese durch das Subjekt in eine Verbindung gebracht werden. Durch leitfadengestützte Interviews mit (berufs-) biografischem Schwerpunkt ließen sich die individuellen, wie auch die sozialen und organisatorischen Aspekte der Gestaltung des Übergangs von Mitarbeitenden zur Führungskräften rekonstruieren. Die Stichprobe dieser Arbeit umfasst neun Interviews aus unterschiedlichsten Branchen und beinhaltet sowohl öffentliche als auch privatwirtschaftliche Arbeitgeber. Die dadurch gewonnenen Erkenntnisse ermöglichen Einsichten in die Formen und Bedingungen der Gestaltung dieses Übergangs und können auch eine Grundlage für (organisations-)pädagogische Konzepte zur Unterstützung der Mitarbeitenden bei diesem Übergang bilden.
Die Magisterarbeit in ein Beitrag zur Weiterentwicklung neuzeitlicher Subjekt- und Emanzipationstheorien. Im ersten Schritt werden die Grundkonzepte aus Baruch de Spinozas Ethik dargestellt und ihre Rolle fuer die Ideologietheorie Louis Althussers analysiert. Auf Grundlage dieser Analyse werden Grenzen der Subjekt- und Ideologietheorie Altussers aufgezeigt und der Versuch unternommen sie unter Zugriff auf spinozistische Begigriffe zu ueberwinden. Eine zentrale Rolle spielt hierbei die Perspektive auf den Menschen als körperliches, emotionales und begehrendes Wesen.
First-principles modeling techniques offer the ability to simulate a wide range of systems under different physical conditions, such as temperature, pressure, and composition, without relying on empirical knowledge. Density functional theory (DFT), a quantum mechanical method, has become an exceptionally successful framework for materials science modeling. Employing DFT makes it possible to gain valuable insights into the fundamental state of a system, enabling the reliable determination of equilibrium crystal structures. Over time, DFT has become an essential tool that can be incorporated into various schemes for predicting the properties of a material related to its structure, insulating/metallic behavior, magnetism, and optics. DFT is regularly applied in numerous fields, spanning from fundamental subjects in condensed matter physics to the study of large-scale phenomena in geosciences. In the latter, the effectiveness of DFT stems from its ability to simulate the properties found on the Earth, other planets, and meteorites, which may pose challenges for their direct study or laboratory investigation.
In this thesis, a comprehensive examination of a family of monosulfides and a perovskite heterostructure was conducted. These materials are relevant for their potential applications in technology, energy harvesting, and in the case of monosulfides, their speculated abundance on the planet Mercury.
Firstly, a DFT approach was used to analyze two non-magnetic monosulfides, CaS and MgS. We determined their structural properties and then focused on the modeling of their reflectivity in the infrared region. The calculation of the reflectivity considered both harmonic and anharmonic contributions. In the harmonic limit, the non-analytic correction was employed to accurately determine the LO/TO splitting, which is necessary to delimit the retstrahlend band, that is, the maximum of the reflectivity. The anharmonic effects given by up to three-phonon and isotopic scatterings, which were included using perturbation theory, primarily smeared the reflectivity spectra edges in the high-wave region.
Secondly, four polymorphs of MnS were studied using a combination of first-principles methods to simulate their antiferromagnetic (AFM) and paramagnetic (PM) states. The integration of DFT+$U$ with special quasirandom structures (SQS) supercells, and occupation matrix control techniques was crucial for achieving convergence, structural optimization accuracy, and obtaining finite energy band gaps and local magnetic moments in the PM phases. The addition of the Hubbard $U$ correction was necessary to treat the highly-correlated Mn $d$-electrons. The success of our approach was clear based on our electronic structure predictions for the PM rock-salt B1-MnS polymorph. Experimentally this phase has been observed to be an insulator, but multiple \emph{ab initio} works resulted previously in metallic behavior. Our computations, on the other hand, predicted insulating and magnetic properties that compare well with available measurements. Additionally, the pressure-field stability of the four MnS polymorphs was studied. In the case of the PM phases, B1-MnS was identified to be the most stable up to about 21 GPa, then transforming into the B31-MnS polymorph. This finding was in close agreement with high-pressure experiments reporting a similar phase transformation. The optical properties of B1-, B4-, and B31-MnS were also simulated. The SQS technique was used to obtain soft-mode-free phonon band structures within the harmonic approximation. Then, the anharmonic effects were included, and the reflectivity was calculated for B1-MnS and B4-MnS. In both cases, a good agreement for the LO/TO splitting was achieved in comparison to experimental results.
Lastly, the oxygen-deficient heterostructure of LaAlO$_{3-\delta}$ /SrTiO$_{3-\delta}$ was investigated also employing DFT+$U$, with a particular emphasis on the potential impact of vacancy clustering at the interface. Six distinct configurations of pairs of vacancies were studied and their energies were compared to find the most stable one. The orbital reconstruction of Ti orbitals was also examined based on their location with respect to the vacancies and the local magnetic moments were calculated. The final results showed that linearly arranged vacancies located opposite to Ti ions give the most energetically stable configuration.
Die vorliegende Dissertation befasst sich mit Flow-Zuständen beim Lesen fiktiver Texte. Das 1975 von Mihaly Csikszentmihalyi vorgestellte Konzept des Flow bezieht sich auf das völlige Aufgehen in einer optimal herausfordernden Tätigkeit, das mit Absorption, Verarbeitungsflüssigkeit und intrinsische Freude einhergeht. Bislang wurde Flow zumeist im Kontext motorischer und leistungsorientierter Aktivitäten empirisch untersucht und in erster Linie theoretisch mit Lesefreude in Verbindung gebracht. Ziel der drei Studien, die diese Dissertation umfasst, war es daher einerseits, Flow beim Lesen erstmals anhand größerer Leser-Stichproben und mithilfe von psychometrischen Gütekriterien genügenden Messinstrumenten nachzuweisen. Andererseits sollte Flow im Rahmen eines Modells für positives Leseerleben mit anderen in der Leseforschung diskutierten Konzepten in Verbindung gebracht und im Hinblick auf potenzielle psychophysiologische Korrelate untersucht werden.
In der ersten Studie wurde eine in der allgemeinen Flow-Forschung verbreitete Kurz-Skala an den Lesekontext adaptiert und anhand einer 229 Leser umfassenden Stichprobe psychometrisch getestet. Hierzu wurden die Teilnehmer im Rahmen einer Online-Studie gebeten, nach 20-minütigem Lesen in einem selbstgewählten Roman Fragebögen zu ihrem Leseerleben auszufüllen. Zufriedenstellende Reliabilitätskoeffizienten, positive Korrelationen mit konvergenten Maßen, die faktoranalytische Unterscheidbarkeit zu diskriminanten Maßen und die erwartete Assoziation mit einem Flow-Kriterium bestätigten die Güte der Flow-Skala. Eine Explorative Faktorenanalyse ergab jedoch, dass fast alle Items auf dem Faktor Absorption luden. Zudem ließ die zweifakorielle Skalenstruktur keine abschließende Aussage zur Legitimierung eines globalen Flow-Scores zu. Daher wurde in der zweiten Studie auf Basis der ersten Skala und der aus der Theorie bekannten Flow-Komponenten ein umfassenderer lesespezifischer Flow-Fragebogen entwickelt. Dessen Reliabilität und Validität konnte anhand einer Online-Studie mit 373 Teilnehmern, in deren Rahmen ein Kapitel aus Homers Odyssee gelesen wurde, bestätigt werden. Neben Hinweisen zur konvergenten und diskriminanten Konstrukt- und zur Kriteriumsvalidität stützten die Ergebnisse einer Konfirmatorischen Faktorenanalyse eine theoretisch angemessene Skalenstruktur, mit den einzelnen Komponenten, mit Absorption, Verarbeitungsflüssigkeit und intrinsischer Freude als Subdimensionen und mit Flow als übergeordnetem Faktor. Mittels eines Strukturgleichungsmodells konnte zudem demonstriert werden, dass der auf Basis dieses Fragebogens gemessene Flow eine zentrale Rolle beim Leseerleben einnehmen kann. So wurde Flow als Mediator für andere, ebenfalls erhobene Erlebnisformen beim Lesen wie etwa Identifikation oder Spannung bestätigt. Von diesen Konzepten klärte Flow den größten Anteil an Varianz in Lesefreude und Textverständnis auf, die als Outcomes von positivem Leseerleben modelliert wurden. Da Flow gegenüber anderen Konzepten der Leseforschung den Vorteil hat, die Ableitung experimenteller Paradigmen und psychophysiologischer Hypothesen zu ermöglichen, wurden in der dritten Studie über die Manipulation des stilistischen Herausforderungsgrades eines weiteren Odyssee-Kapitels unterschiedliche Lese-Bedingungen hergestellt und kardiovaskuläre Daten gemessen. Es zeigten sich zwar keine signifikanten Gruppenunterschiede im Flow-Erleben, jedoch Interaktionen zwischen der Lesebedingung und kardiovaskulären Indikatoren bei der Vorhersage von Flow. So scheinen parasympathische Dominanz und ein entsprechender innerer Entspannungszustand, indiziert durch eine geringe Herzrate und hohe Herzratenvariabilität, Flow beim Lesen zu begünstigen, wenn der Text stilistisch anspruchsvoll ist. Es fanden sich hingegen keine Hinweise dafür, dass Flow-Erleben die Herzaktivität von Lesern verändert oder sich durch sie objektiv erfassen lässt.
Insgesamt sprechen die Ergebnisse dieses Forschungsprojektes somit für das Auf-treten von Flow beim Lesen sowie für dessen zentrale Rolle bei positiven Leseerlebnissen. Außerdem zeigen sie das Potenzial des Flow-Konzeptes für die Leseforschung auf, insbesondere hinsichtlich psychophysiologischer Experimentalstudien.
The introduction of a trigonal boron atom into a polyaromatic hydrocarbon (PAH) core is an extremely powerful tool to provide organic scaffolds with optoelectronic properties as well as optimal packing in the solid state. However, boron-doped PAHs (B-PAHs) often display low processability due to their poor solubility. The distortion of the molecular scaffold provides a suitable strategy to enhance the solubility properties of B-PAHs while maintaining good stacking properties and sufficient electronic conjugation.
Extreme distortion of the molecular structure can be achieved in helical-shaped PAHs, namely helicenes which are screw-shaped inherently chiral polycycles, formed by ortho-fused aromatic or heteroaromatic rings. The presence of a helical structure in B-PAHs is expected to strongly influence their physico-chemical properties leading to compounds characterized by peculiar features promising for applications in next generation functional materials. Despite the great potential of this class of compounds, only few examples of borahelicenes have been reported in the literature and those mainly consist of carbohelicene-based structures. However, the considerable structural diversity achievable by introducing different boraheterocycles (oxaborine, borole, borepin) and other heteroaromatic rings (thiophene, furan, pyrrole) into the same helical scaffold, suggests that a large variety of compounds with intriguing features could be accessible via currently unexplored synthetic routes. The design, synthesis, and properties investigation of new boraheterohelicenes (BHHs) is therefore a relevant research topic and is the object of this PhD project, aimed to obtain several BHHs with structural diversity, as well as to study their reactivity, electrochemical and photophysical features for better understanding their potential as building blocks for material science.
The thesis work was carried out in part at the University of Milan in the laboratories of Prof. Emanuela Licandro and in part at the Goethe Universität Frankfurt am Main under the supervision of Prof. Dr. Matthias Wagner, within a co-tutelle programme. Owing to the long-standing expertise of Prof. Licandro group in the synthesis of tetrathia helicenes and that of Prof. Dr. Wagner group in the synthesis of boron-doped PAHs (e.g. boron helicene 4BH; Figure 1), I conceived this PhD project designing a series of thiahelicenes containing one or more B-O bond into the helical scaffold.Tetrathia helicenes, consisting of thiophene and benzene rings fused in an alternating fashion, are configurationally stable heterohelicenes which exist as pair of enantiomers.
This class of molecules is particularly interesting since it merges the properties of oligothiophenes with those of helicenes, giving rise to systems with peculiar electronic and chiroptical properties which make them appealing building blocks for applications in manifold fields of science, including optoelectronics, catalysis and biology.
The introduction of trigonal boron atom into a thiahelicene scaffold gives rise to a novel class of unexplored boron π-conjugated molecules with potentially interesting features.
The present Ph.D. thesis was therefore intended to provide a meaningful contribution in the development of innovative and versatile syntheses of BO-doped tetrathia helicenes as well as the study of their stereochemical and optoelectronic properties to identify potential applications of these systems in material science. The first selected structures containing one or two oxaborine rings in the helical scaffold are shown in figure 2. The presence of the bulky mesityl group at the boron atom is necessary to ensure stability to the molecule.
It is noteworthy that compound 2 is the skeletal isomer of 1, as the direction of the B-O bond is opposite in the two molecules. In the course of the research work, after the evaluation of the photophysical properties of 1, helicene 2 was designed to get information on the structure-property relationship and evaluate how the position of the BO-bond into the helical scaffold can influence the electronic properties of BO-doped thiahelicenes.
This work deals with the theoretical investigation of the vibrationally promoted electronic resonance (VIPER) experiment, the intramolecular energy transfer within a rhodamine-BODIPY antenna system initiated by two-photon excitation and a computational study of the photochemical mechanism of the uncaging of the [7-(dimethylamino)coumarin-4-yl]methyl (DEACM) class of photocages . In continuation to Jan von Cosel’s work, the setup for the theoretical investigation of the VIPER experiment has been extended to two-photon absorption (TPA) also including the first-order Herzberg-Teller (HT) effects which are dependent on changes with respect to nuclear coordinates.
The VIPER experiment constitutes an extended form of two-dimensional infrared (2DIR) spectroscopy with a sequence of infrared (IR) and ultraviolet (UV) or visible (vis) pulses. The molecular system under probe is excited initially by a narrow-band IR pump pulse and then electronically excited by an off-resonant UV/vis pulse. An IR probe pulse is applied afterwards to probe the system and record a 2DIR spectrum in combination with the first pulse. Since the lifetime of the vibrational excitation is very short, the electronic excitation by the UV/vis pulse is used to enlarge the lifetime of the excitation in the molecule and thus enable measurements on a longer timescale. Therefore, it becomes easier to study dynamical photochemical processes on long timescales. In the VIPER experiment with TPA, the UV/vis pulse is replaced by a near-infrared (NIR) pulse which offers an intrinsic 3D resolution, minimzed photodamage, a lower noise level and an increased penetration depth. This makes TPA highly attractive for biological systems among a wide range of other possible applications.
The computation of the vibrationally resolved electronic absorption spectra accounts for the Franck-Condon (FC) contributions which are independent of the nuclear framework as well as the HT effects which are dependent on the nuclear coordinates. The FC contributions are dominant for electronically-allowed transitions whereas HT contributions could be important for weakly-allowed or forbidden transitions. Laying emphasis on TPA, the test systems used belong to the category of two-photon active compounds. The initial candidate is dimethylaminonitrodibenzofuran (DMA-NDBF) which has been reported to be a two-photon only caging compound. The other system is a well-known laser dye, a rhodamine derivative of the commercially available rhodamine 101 (Rh101). Rhodamines are also recognized for their excellent TPA characteristics.
The findings for both the test systems show interesting contrasts. The one-photon absorption (OPA) and TPA spectrum together with vibronic couplings present the same lineshape in case of DMA- NDBF and also the HT effects have very weak contributions to the vibronic spectrum. Insignificant HT effects are quite typical for electronically allowed transitions. Overall, the NO2 bending mode exhibits the strongest change in the absorption spectrum upon vibrational pre-excitation, even stronger than in the case of different ring distortion modes that usually show a high VIPER activity. In the case of rhodamine, the vibronic OPA spectrum is pre-dominantly the FC spectrum and the HT couplings have a very weak contribution. The vibronic TPA spectrum is entirely dominated by the HT contributions and hence, the vibrationally resolved TPA spectrum of the rhodamine is a HT-only spectrum. Explanations towards this behaviour have been reported by Milojevich et al. which are holding the change in symmetry of the molecular orbital transitions from the ground to the excited state accountable. No significantly VIPER-active normal modes could be determined owing to the low magnitudes of their dimensionless displacements that are connected to the Huang-Rhys factors. Two ring distortion modes however have been probed but the intensity of their vibrational pre-excitation is observed to be very low.
The other part of this work is concerned with the estimation of the rate of the intramolecular energy transfer within rhodamine-BODIPY dyads. After the investigations on the prospective rhodamine derivatives, the Rho101 derivative shows the highest TPA activity. This linked together with the BODIPY derivative with styryl substituents through an acetylene bond has been probed theoretically as well as experimentally for the excitation energy transfer (EET).
Time-resolved spectroscopic measurements reveal an ultrafast energy transfer process on femtosecond timescales. The theoretical estimation of the EET rates through the Förster theory and the determination of the coupling between the donor and acceptor groups by the transition density cube (TDC) method falls short of the experimental results. Because of this disagreement, quantum dynamics simulations with the multi-layer multi-configuration time-dependent Hartree (ML-MCTDH) method have been performed on an adapted rhodamine-BODIPY molecular dyad which reveal that the energy transfer occurs through transient coherence whose mechanism cannot be described by Förster theory ...