Die elementare motorische Schnelligkeit beschreibt einen Teil der motorischen Schnelligkeit. Im Vergleich zur komplexen motorischen Schnelligkeit ist sie unabhängig von der ausgeübten Sportart und lässt sich über vier Dimensionen charakterisieren: Reaktionsschnelligkeit, Schnelligkeit bei zyklischen Bewegungen (Frequenzschnelligkeit), Schnelligkeit bei azyklisch reaktiven Bewegungen (Schnelligkeit im Dehnungs‐Verkürzungs-Zyklus) und Schnelligkeit von willkürlich initiierbaren Bewegungen (Kontraktionsschnelligkeit). Aufgrund der enormen Bedeutung der Schnelligkeit, sowohl für den Leistungs- als auch für den Gesundheitssport ist die weitere Aufklärung der Einflussfaktoren und des Charakters der elementaren motorischen Schnelligkeit von großem Interesse. Ziel dieser Arbeit war es demzufolge, in einer Assoziationsstudie Kandidatengene bzw. genetische Marker zu finden, die mit einer erhöhten Schnelligkeit in den einzelnen durchgeführten Tests assoziieren und so Aussagen über den Charakter der elementaren Schnelligkeit zu ermöglichen. Auch sollte sie zur Schnellkraft hinabgegrenzt werden können. Dies könnte zur verbesserten Trainierbarkeit von Schnelligkeit führen. Dabei ist zu erwähnen, dass dies die erste Arbeit ist, die sich mit dem Phänotyp der elementaren motorischen Schnelligkeit und seinem genetischen Profil beschäftigt. Die Auswahl der Kandidatengene bzw. der genetischen Marker erfolgte aufgrund bereits bekannter Assoziationen von - mit der elementaren motorischen Schnelligkeit - ähnlichen Phänotypen (z.B. ACTN3 oder ACE) oder aufgrund der biologischen Funktionen des entsprechenden Proteins (z.B. DCDC2 oder PLP1). Im ersten Schritt erfolgte dabei der Aufbau einer Phänotyp-Genotyp-Datenbank. Die DNA-Proben wurden hinsichtlich ausgewählter genetischer Marker genotypisiert und anschließend statistisch ausgewertet. Dabei wurde nach Assoziationen zwischen der Häufigkeit eines SNPs (single nucleotide polymorphism) und der Schnelligkeitsleistung in den verschiedenen, durchgeführten Tests gesucht. Zur Erfassung des Phänotyps wurde auf eine bereits bestehende bzw. parallel zu der Arbeit erstellte Testbatterie aus der Sportwissenschaftlichen Fakultät der Universität Leipzig zurückgegriffen. Die Genotypisierung der Polymorphismen erfolgte nach dem Taq Man® Genotyping Protokoll, die Ins/Del im ACE-Gen wurde mit Hilfe der Polymerase-Kettenreaktion mit anschließender Visualisierung in der Gelelektrophorese in einem Agarosegel untersucht. Die statistische Auswertung erfolgte unter Benutzung der linearen Regressionsanalyse. Dabei wurde die multivariate lineare Beziehung zwischen dem Genotyp und den einzelnen Parameter der durchgeführten sportmotorischen Tests untersucht. Alle Ergebnisse sind dabei ohne Bonferroni-Korrektur auf multiples Testen angegeben, die Assoziationen sind also nur nominal (p≤0,05). Die gefundenen Assoziationen sind dabei zusammengefasst in Tab. 17 dargestellt. Auffallend ist, dass sich viele Assoziationen auf Schnellkraftparameter beziehen. Dies könnte ein Hinweis sein, die Auswahl der Kandidatengene entsprechend anzupassen. Die meisten Assoziationen finden sich für den SNP rs793834 des DCDC2-Gens, jedoch werden alle assoziierten Parameter der Schnellkraft zugeordnet (vgl. Tab. 17). Dieser SNP ist bekannt durch seine Assoziation des T-Allels mit signifikant weniger Volumen an weißer Substanz in der linken temporoparietalen Partie, sowie einem dickeren Kortex im linken Gyrus supramarginalis und im lateralen occipital Kortex. Dennoch wäre es von Interesse herauszufinden, ob dieser SNP zu ähnlichen strukturellen Veränderungen in Gehirnregionen führt, denen ein Einfluss auf die motorische Schnelligkeit zugeschrieben wird. Kritisch zu hinterfragen ist jedoch die statistische Power dieser Studie. Bedingt durch die, für genetische Studien, geringe Probandenzahl sowie die noch nicht abschließend geklärte Validität und Reliabilität der sportmotorischen Tests. So konnte kein SNP der Bonferoni-Korrektur standhalten. Jedoch lassen sich basierend auf diesen Ergebnissen neue Ansätze zur Ergründung der elementaren motorischen Schnelligkeit finden (Erweiterung des Kandidatengen-Pools, Vergrößerung der Kohorte).:Inhaltsverzeichnis 1 Abkürzungsverzeichnis 2 1. Einführung 4 1.1 Die elementare motorische Schnelligkeit 5 1.1.1 Erscheinungsformen der elementaren motorischen Schnelligkeit 6 1.2 Physiologie von motorischer Schnelligkeit, verglichen mit Ausdauer, Kraft und Schnellkraft 7 1.3 Genetik der elementaren motorischen Schnelligkeit 9 1.4 Strategien zur Identifizierung von Genen mit sportbezogenem Phänotyp 9 1.4.1 Genomweite Studien: Kopplungsstudien 10 1.4.2 Genomweite Studien: Assoziationsstudien (GWAS) 10 1.4.3 Kandidatengen-Ansätze 12 1.5 Kandidatengene der elementaren motorischen Schnelligkeit 14 2. Aufgabenstellung 16 2.1 Aufbau einer DNA-Datenbank 17 2.2 Genotypisierung 17 2.3 Statistische Analysen 17 3. Materialien und Methoden 18 3.1 Probanden 18 3.2 Phänotypisierung: Diagnostik der elementaren motorischen Schnelligkeit 18 3.3 Blutproben 20 3.4 Genotypisierung 20 3.5 Statistische Auswertungen 25 4. Ergebnisse 25 4.1 Assoziationsanalysen des R577X Polymorphismus (rs1815739) im ACTN3-Gen mit quantitativen Merkmalen der elementaren motorischen Schnelligkeit 25 4.2 Assoziationsanalysen des Val66Met Polymorphismus (rs6265) im BDNF-Gen mit quantitativen Merkmalen der elementaren motorischen Schnelligkeit 27 4.3. Assoziationsanalysen des rs793834 Polymorphismus sowie des rs9460980 Polymorphismus im DCDC2-Gen mit quantitativen Merkmalen der elementaren motorischen Schnelligkeit 29 4.4 Assoziationsanalysen des rs475827 Polymorphismus im PLP1-Gen mit quantitativen Merkmalen der elementaren motorischen Schnelligkeit 34 4.5 Assoziationsanalysen des 287 bp Del/Ins Polymorphismus (Del/Ins) im ACE Gen mit quantitativen Merkmalen der elementaren motorischen Schnelligkeit 36 4.6 Assoziationsanalysen des rs10492096 Polymorphismus im VAMP 1/TAPBPL-Genlocus mit quantitativen Merkmalen der elementaren motorischen Schnelligkeit 37 4.7 Assoziationsanalysen des rs1800169 Polymorphismus im CNTF-Gen mit quantitativen Merkmalen der elementaren motorischen Schnelligkeit 38 5. Diskussion 38 6. Zusammenfassung der Arbeit 44 Literaturverzeichnis 47 Anlagen 59 Selbstständigkeitserklärung 62 Lebenslauf 63 Publikationen und Präsentationen 65 Danksagung 66

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Phänomenbasierter Physikunterricht (PbPU) als alternative Vorgehensweise bei der Vermittlung von Physik wird seit 20 Jahren in der fachdidaktischen Forschung verstärkt beachtet und hat sich zunehmend an den Schulen etabliert. Er lässt sich anhand seiner Merkmalaspekte Subjektivität, Mediation, Affektivität, Modellfreiheit/Modellkompetenz und Exploration charakterisieren und abgrenzen. Die Merkmale PbPUs sind mit einer konstruktivistischen Lerntheorie vereinbar und liefern die Voraussetzungen für erfolgreiches Lernen gemäß dem INVO-Modell. Bisher existieren jedoch keine empirischen Belege für den Einfluss PbPUs auf die Interessen- und Leistungsentwicklung oder anderer motivationaler Konstrukte wie Stereotypen und das fachbezogene Selbstkonzept. Für den wertenden Vergleich mit anderen Konzeptionen von Physikunterricht ist es jedoch wichtig, PbPU hinsichtlich seiner Wirkung auf das Lernen von Physik einschätzen zu können. Mit der vorliegenden Arbeit soll diesem Desiderat begegnet werden. In einer quasiexperimentellen Feldstudie im Versuchs-/Kontrollgruppendesign (N=300) wurden die Vor- und Nachtestergebnisse der Versuchsbedingungen verglichen. Das Treatment in der Versuchsgruppe war eine achtwöchige Unterrichtssequenz der phänomenbasierten Anfangsoptik. Als abhängige Konstrukte wurden das Image von Physik, das fachbezogene Selbstkonzept, Interesse und Fachwissen untersucht. Image und Selbstkonzept wurden im Kontext der Balanced Identity Theory operationalisiert und mithilfe impliziter Assoziationstests (IATs) erhoben. Die varianzanalytischen Verfahren zeigten keine Effekte, die auf einen von der Testzeit abhängigen Unterschied zwischen der Versuchs- und Kontrollgruppe hindeuten. Die Ausprägungen der impliziten Assoziationen und des Interesses entwickelten sich in beiden Gruppen identisch, mit einer für das Lernen von Physik ungünstigen Tendenz. Die Ergebnisse dieser Studie liefern somit keine Belege für die Wirksamkeit PbPUs auf die untersuchten Konstrukte. / Since 20 years are "phenomenon-based science classes" (PbPU) as alternative method for imparting physics increasingly observed by subject-didactic research and they have established for use in schools. PbPU can be characterized and defined by the specific aspects subjectivity, mediation, affectivity, model-competency and exploration. Defining characters of PbPU are compatible with constructivist theory of learning and provide conditions for effective learning in accordance to INVO-model. Until today there are no empirical demonstrations to state the effect of development of PbPU in interests and performance nor other motivational constructs as stereotypes and physics self-concept. It is important for evaluative comparison with different concepts of science classes to be able to value PbPU concerning effect on learning of physics. The work in hand shall respond to this desideratum. Pre- and posttest data of two experimental conditions were compared in nonrandomized field study with control group design ($N=300$). Treatment of test group was an eight weeks'' teaching sequence of phenomenon-based optics (7th grade). The dependent constructs were image of physics, physics self-concept, interests and knowledge in optics. Image and self-concept were operationalized within theoretical framework of Balanced Identity and measured with implicit association tests (IATs). ANOVAs and ANCOVAs revealed no effects of interaction between time and experimental group. Implicit associations and interests developed in each group identically with negative tendency for learning of physics. Therefore, results of this study provide no evidence for the impact of PBPU on investigated constructs.

Die Auswahl eines passenden Wortes aus semantisch verbundenen Wettbewerbern ist eine wesentliche Funktion der Sprachproduktion. Neuere strittige Befunde scheinen traditionellen lexikalischen Selektionsmodellen zu widersprechen. Der swinging lexical network (SLN) Ansatz offeriert eine kompetitiven Bezugsrahmen, der spezifische Voraussetzungen formuliert, unter denen semantische Erleichterungs- als auch Interferenzeffekte in Bildbenennungsparadigmen beobachtet werden können. Diese spezifischen Voraussetzungen betreffen a) die Manipulation eines Trade-offs zwischen konzeptueller Erleichterung und lexikalischer Interferenz, b) das Ausmaß an lexikalischer Kohortenaktivierung und c) die flexible Anpassungsfähigkeit des Sprachproduktionssystems. Die Trade-off-Annahme wurde durch Einflüsse von Assoziationen auf die Benennungslatenz untersucht (Studie 1), wenn Stimuli im kontinuierlichen Benennungsparadigma in einer scheinbar zufälligen Reihenfolge benannt werden. Information über den Einfluss lexikalischer Kohortenaktivierung auf die Wortproduktion wurde durch Manipulation semantischer Distanz und durch Kombination des kontinuierlichen Benennungsparadigmas mit ereignis-korrelierten Potentialen (EKPs) gewonnen (Studie 2). Zur Überprüfung der Flexibilitätsannahme werden Benennungslatenzen von Homophonen mittels Bild-Wort-Interferenzparadigma untersucht, nachdem Versuchspersonen wiederholt linguistische Mehrdeutigkeit verarbeiten haben (Studie 3). Die Ergebnisse zeigen semantische Interferenzeffekte für assoziativ und für eng kategorial verbundene Stimuli im kontinuierlichen Benennungsparadigma (Studie 1 & 2) und Erleichterungseffekte für Homophone im PWI, nachdem das kognitive System sich auf Mehrdeutigkeit adaptiert hatte (Studie 3). Eng kategorial verbundene Stimuli modulierten EKP-Komponenten in der P1, zwischen 250 und 400 ms und im N400-Zeitfenster, welche mit Wortproduktions-prozessen in Verbindung gebracht werden. / The selection of an appropriate word from other meaning-related competitors is a main function of language production. Recent inconclusive findings have casted doubt about traditional lexical selection accounts. The swinging lexical network (SLN) account presents a competitive framework that formulates specific conditions under which semantic facilitation or interference effects can be observed in picture naming paradigms. These specific conditions concern a) the manipulation of the trade-off between conceptual facilitation and lexical interference, b) the extent of lexical cohort activation and c) the flexible nature of the language production system. The trade-off assumption was assessed by investigating the impact of associations on naming latencies in the continuous naming paradigm in which semantically related items are named within a seemingly random sequence (Study 1). Information for the understanding of lexical cohort activation on word production was obtained by manipulating semantic distance in the continuous naming paradigm combined with event-related potentials (ERP; Study 2). Aiming at testing the flexibility assumption, effects of unrelated meaning alternatives of homophones in a picture-word interference (PWI) paradigm were investigated, after participants repeatedly processed linguistic ambiguities (Study 3). Results show semantic interference for associates and for closely related category co-ordinates in the continuous naming paradigm (Study 1 & 2), and facilitation effects for homophone names in the PWI after the cognitive system adapted to the processing of linguistic ambiguities (Study 3). Closely related stimuli modulated ERPs in the P1, between 250 and 400 ms, and in the N400 time window, which are known to be associated with single word naming processes. These results support the SLN model and enhance the understanding of semantic and cognitive factors that shape the microstructure of language production.

To study of cognitive fear networks and associations, indirect experimental paradigms like the Implicit Association Test (IAT, Greenwald et al., 1998) or the Extrinsic Affective Simon Task (EAST, De Houwer, 2003) may be helpful, as they promise to assess the structure of specific associations using a performance based approach without having to ask the participant for a verbal report. Three studies investigated the usefulness and characteristics of IAT and EAST. The aim of the first study was to measure fear associations towards spiders among spider phobic and non-phobic participants as well as in a group of spider enthusiasts. Results indicate that the IAT paradigm is sensitive to the strength of fear relevant associations and able to predict anxious behavior beyond the predictions of direct measures such as questionnaires. The second study focused on some of the mechanisms that underlie IAT effects. With a newly developed masked IAT, these experiments investigated the influences of individual stimuli and superordinate categories on IAT performance. Besides theoretical implications, the results also provide practical, relevant applications for the use of IAT experiments. A third study applied the EAST to investigate how different context conditions lead to differential activation of cognitive schemata in fear of spiders. One can conclude that the impact of automatic threat associations depends on the activated context, and that the EAST is suitable for the assessment of fear associations and their current activation level. This dissertation leads to the conclusion that the performance based methodology of the IAT and EAST is a useful and practical approach to reflect fear associations in phobia indirectly. At this point, the use of indirect measures is still at its beginning, and requires intensive methodological and theoretical efforts. These paradigms, however, may become useful for possible implications in psychopathology and other fields of psychology.

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To study of cognitive fear networks and associations, indirect experimental paradigms like the Implicit Association Test (IAT, Greenwald et al., 1998) or the Extrinsic Affective Simon Task (EAST, De Houwer, 2003) may be helpful, as they promise to assess the structure of specific associations using a performance based approach without having to ask the participant for a verbal report. Three studies investigated the usefulness and characteristics of IAT and EAST. The aim of the first study was to measure fear associations towards spiders among spider phobic and non-phobic participants as well as in a group of spider enthusiasts. Results indicate that the IAT paradigm is sensitive to the strength of fear relevant associations and able to predict anxious behavior beyond the predictions of direct measures such as questionnaires. The second study focused on some of the mechanisms that underlie IAT effects. With a newly developed masked IAT, these experiments investigated the influences of individual stimuli and superordinate categories on IAT performance. Besides theoretical implications, the results also provide practical, relevant applications for the use of IAT experiments. A third study applied the EAST to investigate how different context conditions lead to differential activation of cognitive schemata in fear of spiders. One can conclude that the impact of automatic threat associations depends on the activated context, and that the EAST is suitable for the assessment of fear associations and their current activation level. This dissertation leads to the conclusion that the performance based methodology of the IAT and EAST is a useful and practical approach to reflect fear associations in phobia indirectly. At this point, the use of indirect measures is still at its beginning, and requires intensive methodological and theoretical efforts. These paradigms, however, may become useful for possible implications in psychopathology and other fields of psychology.

Alcohol use disorder (AUD) is characterized by excessive habitual drinking and loss of control over alcohol intake despite negative consequences. Both of these aspects foster uncontrolled drinking and high relapse rates in AUD patients. Yet, common interventions mostly focus on the phenomenological level, and prioritize the reduction of craving and withdrawal symptoms. Our review provides a mechanistic understanding of AUD and suggests alternative therapeutic approaches targeting the mechanisms underlying dysfunctional alcohol-related behaviours. Specifically, we explain how repeated drinking fosters the development of rigid drinking habits and is associated with diminished cognitive control. These behavioural and cognitive effects are then functionally related to the neurobiochemical effects of alcohol abuse. We further explain how alterations in fronto-striatal network activity may constitute the neurobiological correlates of these alcohol-related dysfunctions. Finally, we discuss limitations in current pharmacological AUD therapies and suggest non-invasive brain stimulation (like TMS and tDCS interventions) as a potential addition/alternative for modulating the activation of both cortical and subcortical areas to help re-establish the functional balance between controlled and automatic behaviour.

Ljudski genom sadrži milijune regulatornih elemenata - enhancera - koji kvantitativno reguliraju ekspresiju gena. Unatoč ogromnom napretku u razumijevanju načina na koji enhanceri reguliraju ekspresiju gena, području još uvijek nedostaje pristup koji je sustavan, integrativan i dostupan za otkrivanje i dokumentiranje cis-regulatornih odnosa u cijelom genomu. Razvili smo novu računalnu metodu - reg2gene - koja modelira i integrira aktivnost enhancera~ekspresije gena. reg2gene sastoji se od tri glavna koraka: 1) kvantifikacija podataka, 2) modeliranje podataka i procjena značaja, i 3) integracija podataka prikupljenih u reg2gene R paketu. Kao rezultat toga, identificirali smo dva skupa enhancer-gen interakcija (EGA): fleksibilni skup od ~ 230K EGA (flexibleC) i strogi skup od ~ 60K EGA (stringentC). Utvrdili smo velike razlike u prethodno objavljenim računalnim modelima enhancer-gen interakcija; uglavnom u lokaciji, broju i svojstvima definiranih enhancera i EGA. Izveli smo detaljno mjerenje performansi sedam skupova računalno modeliranih EGA-a, ali smo pokazali da se niti jedan od trenutno dostupnih skupova referentnih podataka ne može koristiti kao referentni skup podataka "zlatnI standard". Definirali smo dodatni referentni skup pozitivnih i negativnih EGA -a pomoću kojih smo pokazali da stringentC ima najveću pozitivnu prediktivnu vrijednost (PPV). Pokazali smo potencijal EGA-a za identifikaciju genskih meta nekodirajucih SNP-ova. Proveli smo funkcionalnu analizu kako bismo otkrili nove genske mete, pleiotropiju enhancera i mehanizme aktivnosti enhancera. Ovaj rad poboljšava naše razumijevanje regulacije ekspresije gena posredovane enhancerima. / Das menschliche Genom enthält Millionen von regulatorischen Elementen - Enhancern -, die die Genexpression quantitativ regulieren. Trotz des enormen Fortschritts beim Verständnis, wie Enhancer die Genexpression steuern, fehlt es in diesem Bereich immer noch an einem systematischen, integrativen und zugänglichen Ansatz zur Entdeckung und Dokumentation von cis-regulatorischen Beziehungen im gesamten Genom. Wir haben eine neuartige Methode - reg2gene - entwickelt, die Genexpression~Enhancer-Aktivität modelliert und integriert. reg2gene besteht aus drei Hauptschritten: 1) Datenquantifizierung, 2) Datenmodellierung und Signifikanzbewertung und 3) Datenintegration, die in dem R-Paket reg2gene zusammengefasst sind. Als Ergebnis haben wir zwei Sätze von Enhancer-Gen-Assoziationen (EGAs) identifiziert: den flexiblen Satz von ~230K EGAs (flexibleC) und den stringenten Satz von ~60K EGAs (stringentC). Wir haben große Unterschiede zwischen den bisher veröffentlichten Berechnungsmodellen für Enhancer-Gene-Assoziationen festgestellt, vor allem in Bezug auf die Lage, die Anzahl und die Eigenschaften der definierten Enhancer-Regionen und EGAs. Wir führten ein detailliertes Benchmarking von sieben Sets von rechnerisch modellierten EGAs durch, zeigten jedoch, dass keiner der derzeit verfügbaren Benchmark-Datensätze als "goldener Standard" verwendet werden kann. Wir definierten einen zusätzlichen Benchmark-Datensatz mit positiven und negativen EGAs, mit dem wir zeigten, dass das stringentC-Modell den höchsten positiven Vorhersagewert (PPV) hatte. Wir haben das Potenzial von EGAs zur Identifizierung von Genzielen von nicht-kodierenden SNP-Gene-Assoziationen nachgewiesen. Schließlich führten wir eine funktionelle Analyse durch, um neue Genziele, Enhancer-Pleiotropie und Mechanismen der Enhancer-Aktivität zu ermitteln. Insgesamt bringt diese Arbeit unser Verständnis der durch Enhancer vermittelten Regulierung der Genexpression in Gesundheit und Krankheit voran. / Human genome contains millions of regulatory elements - enhancers - that quantitatively regulate gene expression. Multiple experimental and computational approaches were developed to associate enhancers with their gene targets. Despite the tremendous progress in understanding how enhancers tune gene expression, the field still lacks an approach that is systematic, integrative and accessible for discovering and documenting cis-regulatory relationships across the genome. We developed a novel computational approach - reg2gene- that models and integrates gene expression ~ enhancer activity. reg2gene consists of three main steps: 1) data quantification, 2) data modelling and significance assessment, and 3) data integration gathered in the reg2gene R package. As a result we identified two sets of enhancer-gene associations (EGAs): the flexible set of ~230K EGAs (flexibleC), and the stringent set of ~60K EGAs (stringentC). We identified major differences across previously published computational models of enhancer-gene associations; mostly in the location, number and properties of defined enhancer regions and EGAs. We performed detailed benchmarking of seven sets of computationally modelled EGAs, but showed that none of the currently available benchmark datasets could be used as a “golden-standard” benchmark dataset. To account for that observation, we defined an additional benchmark set of positive and negative EGAs with which we showed that the stringentC model had the highest positive predictive value (PPV) across all analyzed computational models. We reviewed the influence of EGA sets on the functional analysis of risk SNPs and demonstrated the potential of EGAs to identify gene targets of non-coding SNP-gene associations. Lastly, we performed a functional analysis to detect novel gene targets, enhancer pleiotropy, and mechanisms of enhancer activity. Altogether, this work advances our understanding of enhancer-mediated gene expression regulation in health and disease.