Die 3D Struktur von Chromosomen im Zellkern reguliert verschiedene Funktionen in der Zelle und Fehler in der 3D Faltung des Genoms können pathogen sein. 3D Genomfaltung kann mit verschiedenen Methoden untersucht werden um Chromatinkontakte, sowie die Position von DNA in Relation zu sub-nuklearen Bereichen oder der Kernmembran zu detektieren. Hier verwende ich GAM und Hi-C um zwei Aspekte der 3D Genomtopologie zu untersuchen, die Allelspezifität von Chromatinkontakten und Kontakte zwischen Chromosomen. Ich untersuche allelspezifische Kontakte in murinen embryonalen Stammzellen und Interaktionen zwischen Chromosomen im Zusammenhang mit Autismus Spektrum Störung auf ihre Relevanz in der Regulation von Genen. Zur allelspezifischen Detektion von Chromatinkontakten generierte ich einen GAM Datensatz der tausende von nuklearen Cryodünnschnitten enthält. Die Generierung dieser Daten beinhaltete die Entwicklung einer verbesserten Version der GAM Methode zur Produktion von großen Datensätzen in Hochdurchsatz. Hier zeige ich, dass GAM effizient Haplotyp-spezifische Chromatinkontakte bestimmen kann. Erste Untersuchungen von allelspezifischer 3D Genomtopologie zeigten weitreichende Unterschiede zwischen den Allelen, welche „A/B compartments“ und spezifische Chromatinkontakte beinhalten, wie zum Beispiel am Imprinting Locus H19/Igf2. Zur Untersuchung von interchromosomalen Kontakten detektierte ich Chromatinkontakte mit Hi-C im Kontext einer genomischen Deletion am humanen 16p11.2 Locus, assoziiert mit Autismus Spektrum Störung. Ich zeige hier, dass die Deletion am 16p11.2 Locus zu der Reorganisation von spezifischen interchromosomalen Kontakten zwischen 16p11.2 und Chromosom 18 führt, und stelle eine Hypothese auf wie diese interchromosomalen Kontakte zur ektopischen Aktivierung von Pcdh Genen auf Chromosom 18 führen. Protocadherins haben wichtige Funktionen in neuronaler Konnektivität, ein Prozess dessen Störung zur Manifestierung von Autismus Spektrum Störung beitragen könnte. / The 3D folding of interphase chromosomes inside the nucleus regulates important nuclear functions and once disrupted can lead to the manifestation of disease. Different techniques can be used to map 3D genome folding and detect pairwise and multiway interactions of the genome, or map the positions of DNA with respect to subnuclear compartments or the nuclear lamina. Here, I use GAM and Hi-C to explore two aspects of 3D genome topology, the allele specificity of chromatin contacts and long-range contacts between chromosomes, respectively. I detect specific contacts of the parental alleles in mouse embryonic stem cells and interactions between chromosomes in the context of congenital disease and study them with regard to their functionality and importance in mammalian gene regulation. For detecting chromatin contacts with allele specificity, I produced a GAM dataset containing thousands of nuclear slices. The collection of this data was accompanied by the development of a high-throughput version of GAM that allows the generation of large datasets. I show that GAM can determine haplotype-specific chromatin contacts with high efficiencies. First explorations of allele-specific chromatin topologies reveal many differences between the parental alleles, including allele-specific compartments A and B, and specific chromatin contacts, for example at the imprinted H19/Igf2 locus. For the exploration of inter-chromosomal contacts in disease, I mapped chromatin interactions with Hi-C in the context of a CNV at the human 16p11.2 locus, associated with autism spectrum disorders. Here, I show that the deletion at the 16p11.2 locus results in the rearrangement of specific inter-chromosomal contacts between the 16p11.2 locus and chromosome 18 and propose a role for these inter-chromosomal contact changes in the upregulation of the nearby Pcdhb gene cluster, which comprises protocadherin genes with important functions in neuronal connectivity during development.

Konvergierende neurobiologische Studien zeigen, dass Negative Kindheitserfahrungen (Adverse Childhood Experiences, ACEs) mehrere dicht miteinander verknüpfte Hirnsysteme beeinflussen und die Entwicklung von Exekutivfunktionen stören, insbesondere die Fähigkeit, unangemessene Affekte und Handlungen zu unterdrücken. In der vorliegenden Arbeit wurde zunächst untersucht, wie Exekutivfunktionen in nicht-emotionalen (kühlen) und emotionalen (heißen) Situationen (d. h. Emotionsregulation) mit einer hohen Exposition gegenüber ACEs zusammenhängen und ob solche Beziehungen durch akuten Stress verstärkt werden. Unsere Ergebnisse zeigen, dass gewalttätiges Verhalten bei Opfern von Kindheitstraumata eher mit Defiziten in heißen Exekutivfunktionen als mit Defiziten in kühlen Exekutivfunktionen verbunden sein könnte, insbesondere unter Stressbedingungen. Insgesamt zeigt diese Studie erstens die Nützlichkeit von OpenFace, einem kostengünstigen und dennoch effektiven Instrument zur Untersuchung des mimischen Verhaltens bei der Emotionsregulation. Zweitens eröffnet sie Perspektiven für eine gezieltere Erforschung von und Interventionen bei ACEs. Drittens bezieht sie Jugendliche ein, eine wenig erforschte Altersgruppe, die sich in einer sensiblen Phase der Entwicklung von Exekutivfunktionen befinden. / Converging neurobiological studies show that Adverse Childhood Experiences (ACEs) affect multiple densely interconnected neurobiological systems and disrupt the development of executive functions (EFs), especially the ability to inhibit inappropriate affects and actions, potentially modulating factors in the relationship between ACEs and violent behaviour. This study first sought to assess how EFs under non-emotional (cool) and emotional (hot) situations (i.e. emotion regulation) are related with high-exposure to ACEs, and whether any such relationships would be aggravated by acute stress. Our findings show that violent behavior among victims of childhood trauma might be associated more with deficits in hot EFs than it is with deficits in cool EFs, especially more so under conditions of stress. Altogether, this study first shows the usefulness of OpenFace, a low cost yet effective tool to study facial behaviour in emotion regulation. Second, it opens perspectives towards more targeted research on, and interventions for ACEs, and third, it involves adolescents, a little researched age group, yet a sensitive period of EFs development.

Die Erforschung visueller Aufmerksamkeit beruht auf verdeckter Aufmerksamkeit; das heißt, wenn der Fokus der Aufmerksamkeit trotz strikter Fixation ausgerichtet wird ohne größere Sakkaden auszuführen. EEG-Studien haben das neuronale Netzwerk identifiziert, dass verdeckte Aufmerksamkeit steuert. Diese Studien ignorieren jedoch unwillkürliche kleine Sakkaden während der Fixation - Mikrosakkaden (MS) genannt. Blickbewegungsstudien hingegen belegen einen Zusammenhang zwischen Aufmerksamkeit und diesen MS, beziehen ihre Resultate jedoch nicht auf etablierte EEG-Befunde. Um diese Forschungslücke zu schließen, zielt diese Dissertation darauf, den Zusammenhang zwischen Ereignis-korrelierten Potentialen (EKP) endogener Aufmerksamkeit und MS zu untersuchen. Folglich wurden drei Studien mit gleichzeitiger Erfassung von EEG und Blickbewegungen durchgeführt. In den Studien haben die Probanden ein „Posner Spatial-Cueing-Paradigma“ absolviert mit einem endogenen Hinweisreiz. Wir zeigen deutliche Zusammenhänge zwischen MS und neuronalen Korrelaten visueller Aufmerksamkeit. Erstens, MS und ein posteriores EKP reflektierten die Selektion visueller Reize basierend auf deren Merkmale. Dieses Ergebnis stärkt die Idee eines Netzwerkes, dass relevante Reize unter Distraktoren selektiert und zielgerichtetes Verhalten initiiert. Zweitens, MS erzeugten ein visuelles Potential, das verstärkte Potentialkomponenten für Reize zeigte, die im Aufmerksamkeitsfokus lagen. Dieses MS-evozierte Potential stellte einen zeitlich gut aufgelösten Aufmerksamkeitsindex dar. Drittens, MS erzeugten zudem ein in früheren Studien übersehenes, korneoretinales Artefakt. Dieses Artefakt kontaminierte die Messung eines frontalen EKPs, dass zuvor mit der Kontrolle von Aufmerksamkeit assoziiert war. Zusammenfassend zeigt diese Dissertation, dass die gleichzeitige Erfassung von EEG und Blickbewegungen bedeutsame Einblicke in den Zusammenhang von MS und visueller Aufmerksamkeit erlaubt. / Research on visual attention focusses on covert attention; that is, when attention is directed during fixation periods in the absence of larger saccades. While previous EEG research has provided insights into the neural network that controls covert attention, this field fails to account for the inevitable occurrence of miniature fixational saccades - called microsaccades (MS). In contrast, previous eye-tracking research has established links between MSs and covert attention, but has not directly related their findings to seminal EEG results. This thesis bridges this research gap by investigating the link between event-related potentials (ERPs) of endogenous attention and MSs. To this end, three studies were conducted with concomitant ERP and high-resolution eye-tracking recordings while participants performed a Posner spatial cueing task with an endogenous cue. Crucially, we show that MSs relate to neural correlates of visual attention. First, MS and an early posterior ERP reflected the top-down selection of a visual stimulus based on its features. This finding is consistent with the notion of a neural network that selects relevant stimuli from distracting ones and initiates goal-directed behavior toward selected stimuli. Second, gaze shifts from MSs evoked a visual potential in the EEG that was enhanced for stimuli in the focus of attention; a finding well-known for the visual potential measured after presenting a stimulus. Importantly, these MS-related potentials provided a fine-grained temporal index of the subject’s attentional state. Finally, MSs further evoked a corneoretinal artifact overlooked in previous EEG studies. This artifact contaminated the measurement of a frontal ERP previously associated with preparatory attentional control. In sum, this thesis provides first evidence for the benefits of using concomitant ERP and eye-tracking recordings to examine the link between MSs and visual attention.

Nuclear Magnetic Resonance (NMR) has been a fundamental player in the studies of superconducting materials for many decades. This local probe technique allows for the study of the static electronic properties as well as the low energy excitations of the electrons in the normal and the superconducting state. On that account it has also been widely applied to Fe-based superconductors from the very beginning of their discovery in February 2008. This dissertation comprises some of these very first NMR results, reflecting the unconventional nature of superconductivity and its strong link to magnetism in the investigated compounds LaO(1-x)F(x)FeAs and LiFeAs.

Bisherige Studien liefern Hinweise für das Auftreten von aktiven Prozessen der Reihenfolgekoordination in Doppelaufgaben. Diese Prozesse sind notwendig für die Regulation der Bearbeitungsreihenfolge von zwei Aufgaben. Bisher ist jedoch wenig über die kognitiven und neuronalen Mechanismen bekannt, die diesen Prozessen zugrunde liegen. Ziel der vorliegenden Dissertation war deshalb die Überprüfung eines Modells aktiver Reihenfolgekoordination in Doppelaufgaben. Das Modell nimmt an, dass diese Prozesse auf Repräsentationen zurückgreifen, die Informationen über die Verarbeitungssequenz zweier Aufgaben enthält. Zusätzlich macht das Modell Annahmen über (1) den Ort der Verarbeitung und (2) den genauen Inhalt dieser Repräsentationen. Weiterhin enthält das Modell die Annahmen, dass (3) der präfrontale Kortex kausal in Reihenfolgekoordination involviert ist und dass (4) diese Prozesse von unterschiedlichen Kriterien beeinflusst werden. In dieser Dissertation wurde das Model in einer Reihe von vier Studien überprüft. Dazu wurde ein Doppelaufgabenparadigma mit zufällig wechselnder Aufgabenreihenfolge verwendet. Ich konnte zeigen, dass die Reihenfolgerepräsentationen im Arbeitsgedächtnis aufrechterhalten und aktiv verarbeitet werden. Ich konnte weiterhin zeigen, dass diese Repräsentationen nur Information über die Sequenz der Aufgaben enthalten. Spezifische Aufgabeninformation wird hingegen separat repräsentiert. Durch den Einsatz transkranieller Magnetstimulation konnte ich zudem nachweisen, dass der präfrontale Kortex eine kausale Rolle für Reihenfolgekoordination spielt. Darüber hinaus konnte ich zeigen, dass Anforderungen an Reihenfolgekoordinationsprozesse in Situationen, in denen Probanden ein von außen vorgegebenes Reihenfolgekriterium befolgen, erhöht sind im Vergleich zu Situationen, in denen Probanden ein auf einer freien Wahl basierendes Kriterium nutzen können. Die Implikationen dieser Ergebnisse werden unter Berücksichtigung des vorgeschlagenen Modells diskutiert. / Evidence from behavioral as well as neurophysiological studies indicates the occurrence of active task-order coordination processes in dual-task situations. These processes are required for planning and regulating the processing sequence of two tasks that overlap in time. So far, however, the cognitive and neural mechanisms underlying active task-order coordination are highly underspecified. To tackle this issue, in the present dissertation I tested a model of task-order coordination in dual-task situations. This model assumes that task-order coordination relies on representations that contain information about the processing sequence of the two component tasks. In addition, the model includes assumptions about the (1) locus of processing as well as (2) the exact content of these order representations. The model further assumes that (3) the lateral prefrontal cortex is causally involved in implementing task-order coordination processes and that (4) these processes are affected by different order criteria. I tested this model in a series of four studies by applying a dual-task paradigm with randomly changing task order. I demonstrated that task-order representations are actively maintained and processed in working memory during dual tasking. Moreover, I found that these order representations only contain information about the processing sequence of tasks, whereas specific component task information is represented separately. By applying transcranial magnetic stimulation, I also provided evidence for the causal role of the lateral prefrontal cortex for task-order coordination. Furthermore, I showed that the demands on task-order coordination are increased when participants have to adhere to an external and mandatory order criterion compared to when they can use an internally generated order criterion that is based on free choice. The implications of these results as well as an outlook for future research will be discussed in the framework of the proposed model.

Diese kumulative Dissertation untersucht die Rolle mobiler Geräte im Informationsverhalten junger Kinder aus verschiedenen Perspektiven. Einerseits wird erforscht, ob informationsbezogene Aktivitäten Teil der Nutzung mobiler Technologien durch junge Kinder sind. Andererseits wird untersucht, ob Aspekte des kindlichen Informationsverhaltens bei der Sichtweise von Eltern und Kinder auf die Nutzung von mobilen Geräten eine Rolle spielen. Die erste in dieser Arbeit vorgestellte Studie bietet einen explorativen Einblick in die Nutzung mobiler Geräte durch junge Kinder anhand von Interviews mit Eltern von Kindern im Alter von ein bis sechs Jahren. Basierend auf einer Sekundäranalyse der Interviewdaten wird im Rahmen der zweiten Studie erforscht, wie Eltern die Nutzung von Mobilgeräten durch ihre Kinder wahrnehmen und medienpädagogisch begleiten und diskutiert, wie dies das Informationsverhalten der Kinder beeinflussen könnte. Unter Anwendung eines Uses-and-Gratifications-Ansatzes wird in der dritten Studie untersucht, was Kundenrezensionen für ein Kinder-Tablet über die Nutzung des Geräts und die Erwartungen von Familien aussagen. In der vierten Studie wird anhand eines multimethodischen Ansatzes ein besonderer Fokus auf die Einbeziehung der kindlichen Perspektive gelegt und erforscht, wie Kinder im Alter von vier bis sechs Jahren mobile Geräte nutzen und ob Aspekte des kindlichen Informationsverhaltens eine Rolle bei der Sichtweise von Familien auf die Nutzung spielen. Insgesamt zeigen die Ergebnisse, dass mobile Geräte definitiv eine Rolle im Informationsverhalten von jungen Kindern einnehmen können, wobei ihr Potenzial für die Entdeckung von Informationen oftmals nicht im Vordergrund der Wahrnehmung durch Eltern und Kinder steht. Mit diesen Erkenntnissen leistet die Arbeit einen wichtigen Beitrag zur Adressierung bestehender Forschungslücken im Bereich des Informationsverhaltens junger Kinder im Allgemeinen sowie im spezifischen Kontext der Nutzung mobiler Geräte. / This cumulative doctoral thesis examines the role of mobile devices in young children's information behavior from different perspectives. On the one hand, it explores whether information-related activities are part of young children's use of mobile technologies. On the other hand, it investigates whether aspects of children's information behavior play a role in parents' and children's perceptions of mobile device use. The first study presented in this thesis gains exploratory insight into young children's use of mobile devices through interviews with parents of families with children aged one to six years. Based on a secondary analysis of the interview data, the second study examines how parents perceive and mediate young children's use of mobile devices and discusses how this might influence children's information behavior. By applying a uses and gratifications approach, the third study investigates what customer reviews for a tablet for children reveal about the use of this device and expectations of the families. Using a multi-method approach, the fourth study places a particular focus on the inclusion of children's perspectives and investigates how children aged four to six years use mobile devices and whether aspects related to children's information behavior play a role in families' perceptions of this use. Overall, the results show that mobile devices can clearly play a role in young children's information behavior, although their potential for children's information discovery is not always prominent in parents' and children's perceptions. With these findings, this work makes an important contribution to addressing existing research gaps regarding young children's information behavior in general as well as in the specific context of mobile device use.