Doctoraalscriptie Rotterdam. / Lit. opg.: bl. 59-62. - Met een samenvatting in het Nederlands en Engels.

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碩士 / 國立交通大學 / 控制工程研究所 / 80 /

Τα τελευταία χρόνια η αυξανόμενη σημασία της πληροφορίας και της συνεχιζόμενης μάθησης έχει καταστήσει τη χρήση των τεχνολογιών πληροφορικής και επικοινωνιών (Τ.Π.Ε.) στην εκπαίδευση καθώς και την εξ αποστάσεως εκπαίδευση μέσω e-learning συστημάτων, ως επιτακτική ανάγκη. Το κυριότερο πλεονέκτημα των e-learning συστημάτων είναι ότι παρέχουν τη δυνατότητα στον κόσμο να παρακολουθήσει ένα μάθημα, ακόμα κι ένα ολόκληρο πρόγραμμα σπουδών εξ αποστάσεως, μέσω της σύγχρονης και παγκοσμίως πλέον διαδεδομένης μεθόδου των online courses. Τα περισσότερα μεγάλης εμβέλειας και αναγνωρισιμότητας, πανεπιστήμια του εξωτερικού προσφέρουν online μαθήματα μέσω τεχνολογιών του διαδικτύου, χρησιμοποιώντας διαφάνειες, βιντεο-διαλέξεις και online εκπαιδευτικές δραστηριότητες. Ένας τομέας όμως στον οποίο υστερεί η εκπαίδευση εξ αποστάσεως, ακόμα και στα πιο πρόσφατα ανεπτυγμένα e-learning συστήματα, είναι ο τομέας της προσωποποίησης του σπουδαστή και εξατομίκευσης του συστήματος στις ανάγκες του. Η παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζει τις δυνατότητες που παρέχονται από τα ήδη υπάρχοντα συστήματα e-learning, την τωρινή κατάσταση με τα παρεχόμενα online μαθήματα από πανεπιστήμια του εξωτερικού και το ερευνητικό κενό που υπάρχει σχετικά με την «προσωποποίηση» (personalization) του σπουδαστή και την προσαρμογή (adaptation) του συστήματος στις ανάγκες του. Μελετάται η μοντελοποίηση του χρήστη (user modeling), τα μαθησιακά προφίλ, ο εμπλουτισμός του προφίλ του σπουδαστή ώστε να παρέχει περισσότερες και αξιόλογες πληροφορίες, καθώς και οι δυνατότητες εξατομίκευσης του συστήματος στον εκάστοτε σπουδαστή, ώστε να επιτευχθεί η επιτάχυνση και αποτελεσματικότητα της ηλεκτρονικής μάθησης. Στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής εργασίας σχεδιάστηκε και υλοποιήθηκε ένα σύστημα ηλεκτρονικής μάθησης, το οποίο στηρίζεται στο λογισμικό Moodle και έχουν αναπτυχθεί σε αυτό, νέες υπηρεσίες εξατομίκευσης και προσαρμοστικότητας του συστήματος στις ανάγκες και προτιμήσεις του εκπαιδευομένου. Το Moodle LMS (Modular Object Oriented Dynamic Learning Environment) είναι ελεύθερο λογισμικό διαχείρισης εκπαιδευτικού περιεχομένου και χρησιμοποιείται από πολλά πανεπιστήμια παγκοσμίως. Είναι ευέλικτο, εύκολο στην εκμάθηση και αρκετά ασφαλές για την ασύγχρονη εκπαίδευση από απόσταση. Ενσωματώνει πληθώρα λειτουργιών και δυνατοτήτων που επιτρέπουν στο διδάσκοντα να διαμορφώσει ένα καλά οργανωμένο και ευχάριστο μάθημα με ευρεία κλίμακα δραστηριοτήτων. Στο εξατομικευμένο και προσαρμοστικό σύστημα ηλεκτρονικής μάθησης που αναπτύχθηκε, διαμορφώθηκε ένα μάθημα με πλούσιο εκπαιδευτικό υλικό, το οποίο απαρτίζουν πολλά και διαφορετικού τύπου μαθησιακά αντικείμενα (πηγές πληροφόρησης, δραστηριότητες, κ.α.). Εμπλουτίστηκε το προφίλ χρήστη με περισσότερες προσωπικές πληροφορίες γι αυτόν και στη συνέχεια αναπτύχθηκαν μαθησιακά μονοπάτια που στηρίζονται είτε στα πεδία προφίλ χρήστη, είτε στο μαθησιακό στυλ του εκπαιδευομένου, είτε σε άλλους παράγοντες που παρουσιάζονται αναλυτικά στην εργασία. Για την εξατομίκευση του συστήματος αναπτύχθηκε μία ενότητα «Pre-course test» η οποία περιλαμβάνει δύο νέες υπηρεσίες για την άντληση πληροφοριών του χρήστη, μορφωτικό υπόβαθρο, μαθησιακό στυλ, προηγούμενη γνώση στο αντικείμενο του μαθήματος κ.α. Τα αποτελέσματα που προκύπτουν από εκεί, αξιοποιούνται κατάλληλα για τη διαμόρφωση ομάδων των εκπαιδευομένων και για τις υπηρεσίες προσαρμοστικότητας του συστήματος. Επίσης, στο διαδικτυακό αυτό σύστημα ηλεκτρονικής μάθησης έχουν αναπτυχθεί μαθησιακά αντικείμενα που ενισχύουν στη συνεργατική μάθηση, βελτιώνουν την ποιότητα του μαθήματος και έτσι αυξάνεται το κίνητρο του σπουδαστή. / Nowdays, e-learning environments have become increasingly popular in educational establishments. The rapid growth of e-learning has changed traditional learning behavior and presented a new situation to both educators (lecturers) and learners (students). The majority of current e-learning systems are based on Learning Management Systems (LMS), which allow students attending courses free from space and time limitations. They can attend the class anytime they are available and regardless of the place. LMS are web-based educational systems that offer students an active role in their own education through a variety of learning activities and different kinds of learning content, that the educator has produced. Although this fact, most Learning Management Systems lack of personalization and adaptivity features. The modern trend in education is the production and organization of Massive Open Online Courses (MOOCs) from large and internationally recognized Universities. So, they focus on gathering too many people in these courses (MOOCs) and not on personalization and adaptivity. Personalization in web-based systems means “attention to the user and his needs”. Web-based systems, such as e-commerce sites, focus on personalization by observing the user, his common actions and navigation paths, in order to understand his preferences and what he is looking for. So they differentiate each individual according to his interests, preferences, and generally his “profile”. Then, they adapt the content appropriately to his needs, and the user watches first the content that may interest him. Traditional and commonly used e-learning platforms offer to their users same educational content, same learning activities and possibilities, and generally exactly the same content, with no further personalization support. Some existing open source e-Learning systems may support, under certain circumstances adaptation and personalization features, but need extension and elaboration to acquire sufficiently these characteristics. Especially in the case of distance learning, that teacher and students have no face-to-face communication, learner’s personalization is essential in order the teacher to be aware of each learner’s characteristics. In e-learning systems, personalization could be achieved with an integrated user profile (student profile), which would include except from the classic information (name, surname, email) more specific and useful information. If the teacher had more information about each student, he could be able to guide him more effectively and evaluate him more correctly. In addition to that, if teacher was aware of each learner’s profile, meaning his learning style, interests, preferences and his previous knowledge of the course topics, he would be able to adapt the learning content to his needs. That would increase student’s satisfaction, motivation and consequently his participation in the course. In this master thesis, a personalized and adaptive e-learning system has been developed. The development of this integrated personalized e-learning system, is based on a very popular open source LMS, which in this case is used for further extension and development of new features. The most suitable LMS for implementing those new features is Moodle (Modular Object-oriented Dynamic Learning Environment), due to its modularity and extensibility as well as its vast community of users. There have been added new features in order to enrich student’s profile and adjust learning material to the learner, depending on his profile and learning progress. The teacher has the ability to organize suitable learning objects and learning paths for each student, depending on particular user profile fields, learning styles and student’s performance. This personalized and adaptive e-learning system increases student’s motivation and participation.

Die Arbeit behandelt Methoden zur Analyse bzw. Synthese elektromechanischer Systeme mit endlichem Freiheitsgrad (EMS). Dabei wird von einer einheitlichen mathematischen Modellierung solcher Systeme basierend auf dem Prinzip der virtuellen Arbeit in Lagrange'scher Fassung ausgegangen. Als Analysemethoden für strukturfeste EMS werden neben der numerischen Integration die Bestimmung von Gleichgewichtszuständen und die Herleitung der linearisierten Gleichungen zur Schwingungsanalyse dargelegt. Auf die Analyse von strukturvariablen EMS wird ausführlich eingegangen. Dazu werden Phänomene der Strukturvariabilität domänenunabhängig als unilaterale Bindungen aufgefasst und mittels komplementärer Variablen beschrieben. Die kombinatorische Aufgabe der Strukturfindung wird mittels eines linearen Komplementaritätsproblems gelöst. Die Synthese eines EMS wird als inverses Problem der Dynamik aufgefasst. Bei fester Gesamtkonfiguration führt das auf die nichtlineare dynamische Steuerung solcher Systeme. Dazu wird ein so genannter erweiterter PD-Regler - bestehend aus einer nichtlinearen Vorsteuerung auf Basis der inversen Dynamik des EMS und einer linearen Rückführung des Lage- und Geschwindigkeitsfehlers - entworfen. Die globale asymptotische Stabilität dieses Regelgesetzes wird durch explizite Konstruktion einer Lyapunov-Funktion nachgewiesen. Einige Beispiele zur Anwendung der aufgeführten Analyse- und Synthesemethoden runden die Arbeit ab. The thesis deals with methods for analysis and synthesis of electromechanical systems with finite degrees of freedom (EMS). Starting point is a unified mathematical approach to modelling such systems based on the principle of virtual work in Lagrange's formulation. Numerical integration, determination of equilibrium states and derivation of linearized equations are used as analytical methods for EMS with fixed structure. Electromechanical systems with variable structure are regarded explicitly. Phenomena of structural variability are comprehended as unilateral constraints and described using complementary variables. The combinatorial task of finding a valid structure is solved using a linear complementarity problem. The synthesis of EMS is understood as an inverse task of dynamics. Using a fixed configuration, this approach leads to non-linear dynamic control of such systems. A so-called augmented PD-controller - consisting, on the one hand, of a non-linear feedforward based on inverse dynamics of the EMS and, on the other hand, of a linear feedback using position and velocity errors - is designed. Global asymptotic stability is proven by explicit construction of a Lyapunov-function. Some examples showing the usage of the corresponding analytical and synthetic methods are given.

Die Arbeit behandelt Methoden zur Analyse bzw. Synthese elektromechanischer Systeme mit endlichem Freiheitsgrad (EMS). Dabei wird von einer einheitlichen mathematischen Modellierung solcher Systeme basierend auf dem Prinzip der virtuellen Arbeit in Lagrange'scher Fassung ausgegangen. Als Analysemethoden für strukturfeste EMS werden neben der numerischen Integration die Bestimmung von Gleichgewichtszuständen und die Herleitung der linearisierten Gleichungen zur Schwingungsanalyse dargelegt. Auf die Analyse von strukturvariablen EMS wird ausführlich eingegangen. Dazu werden Phänomene der Strukturvariabilität domänenunabhängig als unilaterale Bindungen aufgefasst und mittels komplementärer Variablen beschrieben. Die kombinatorische Aufgabe der Strukturfindung wird mittels eines linearen Komplementaritätsproblems gelöst. Die Synthese eines EMS wird als inverses Problem der Dynamik aufgefasst. Bei fester Gesamtkonfiguration führt das auf die nichtlineare dynamische Steuerung solcher Systeme. Dazu wird ein so genannter erweiterter PD-Regler - bestehend aus einer nichtlinearen Vorsteuerung auf Basis der inversen Dynamik des EMS und einer linearen Rückführung des Lage- und Geschwindigkeitsfehlers - entworfen. Die globale asymptotische Stabilität dieses Regelgesetzes wird durch explizite Konstruktion einer Lyapunov-Funktion nachgewiesen. Einige Beispiele zur Anwendung der aufgeführten Analyse- und Synthesemethoden runden die Arbeit ab. The thesis deals with methods for analysis and synthesis of electromechanical systems with finite degrees of freedom (EMS). Starting point is a unified mathematical approach to modelling such systems based on the principle of virtual work in Lagrange's formulation. Numerical integration, determination of equilibrium states and derivation of linearized equations are used as analytical methods for EMS with fixed structure. Electromechanical systems with variable structure are regarded explicitly. Phenomena of structural variability are comprehended as unilateral constraints and described using complementary variables. The combinatorial task of finding a valid structure is solved using a linear complementarity problem. The synthesis of EMS is understood as an inverse task of dynamics. Using a fixed configuration, this approach leads to non-linear dynamic control of such systems. A so-called augmented PD-controller - consisting, on the one hand, of a non-linear feedforward based on inverse dynamics of the EMS and, on the other hand, of a linear feedback using position and velocity errors - is designed. Global asymptotic stability is proven by explicit construction of a Lyapunov-function. Some examples showing the usage of the corresponding analytical and synthetic methods are given.

The main topics of this master’s project are control theory, system identification and convex optimization. The objective is to develop, implement and test methods for optimal input signal design and for control of a nonlinear dynamical system using MPC. The thesis begins with a theoretical part, in which some known results in these fields are summarized. In the applied part of the thesis, methods are developed and exemplified in MATLAB. Optimal input signal design is performed on specific FIR, ARX and DCmotor systems which are all controlled by an MPC. The implementation works very well for the FIR and ARX systems. The estimates of the true parameters fulfill the pre-specified requirements when using the optimal input signal constructed. An unexpected behavior is obtained of the estimates for the DC-motor system. Some additional approximations which were made in the design of the optimal input signal are thought to be the cause. Although, the source of the odd behavior were never confirmed. To be able to have a user-friendly environment for optimal input signal design, further work is necessary to overcome numerical problems in the implementation. A general method of implementing MPC of nonlinear dynamical systems is constructed. It is problematic to use MPC to control a nonlinear system. The reason for this is that a nonlinear system in general corresponds to a non-convex optimization problem in the MPC algorithm. Our method is based on making the problem convex through a linearization of the nonlinear system dynamics. The method is tested on simulations of a reaction wheel pendulum and a two link robot arm. It works very well and the systems fulfill the control objectives. Each optimization problem takes about 0.3-1 second to solve when using cvx. This is in some situations too slow to be able to control a system in reality. Further work is recommended on implementing our method with another solver so that it can be tested on an actual system which requires new updates every milli- or microsecond. / Design av optimal insignal och MPC för ickelinjära dynamiska system Detta examensarbete berör områden som reglerteknik, systemidentifiering och konvex optimering. Syftet är att utveckla metoder för design av en optimal insignal och för att använda MPC på ickelinjära dynamiska system. Rapporten börjar med en teoretisk del som sammanfattar kända resultat inom dessa områden. Därefter följer beskrivningar av de metoder som har utvecklats och de exemplifieras genom simulering i MATLAB. En metod för att designa en optimal insignal för specifika FIR-, ARX och DC-system har utvecklats. Systemen styrs med hjälp av en MPC regulator. Metoden fungerar utmärkt för FIR- och ARX-system. Ett oväntat resultat erhålls för fallet med DC-motorn. Vi tror att det beror på de approximationer som har gjorts särskilt för detta system men det har inte kunnat bekräftas. För att skapa en användarvänlig miljö för design av en optimal insignal givet ett system och en regulator så krävs ytterligare arbete. Det bör fokusera på att eliminera de numeriska problem som uppstår när metoden implementeras i MATLAB. En allmän metod för att använda MPC på ickelinjära dynamiska system har implementerats. Ett ickelinjärt system ger generellt upphov till ett ickekonvext optimeringsproblem i MPC algoritmen. Det är därför problematiskt att använda MPC för att reglera ickelinjära system. Vår metod bygger på att göra problemet konvext genom att linjärisera det icke linjära systemet. Metoden har testats på simuleringar av en pendel och en två-länkad robotarm. Den presterar väldigt bra och systemen uppnår önskat beteende. Optimeringsproblemet tar cirka 0,3-1 sekund att lösa när vi använder cvx. Detta är i vissa fall för långsamt för att kunna reglera ett verkligt system. Ytterligare arbete där metoden implementeras med en annan lösare rekommenderas. Detta skulle möjliggöra att man kan testa den på ett verkligt system som kräver uppdateringar varje milli- eller mikrosekund.

Die Beeinflussung der Magnetisierungsrichtung magnetischer Dünnschichten mittels einer elektrischen Spannung, anstatt eines elektrischen Stromes, ist vielversprechend für die energieeffizientere Nutzung magnetischer Bauelemente in der Datenspeicherung und in anderen Technologien. Ein neuartiger Ansatz für solche magnetoelektrischen Materialien ist die Kontrolle des Magnetismus über elektrochemische Reaktionen. Die elektrische Spannung wird dabei über einen flüssigen oder festen Elektrolyten an die magnetische Schicht angelegt, und elektrochemische Grenzflächenreaktionen führen zur reversiblen Kontrolle magnetischer Eigenschaften. Bisher wurden dazu hauptsächlich Schichten mit senkrechter magnetischer Anisotropie untersucht und zur Charakterisierung nur die Magnetisierungskurven bei angelegter elektrischer Spannung aufgenommen. Für ein tieferes Verständnis der zugrunde liegenden Mechanismen ist eine zusätzliche Untersuchung der magnetischen Mikrostruktur notwendig. Im Rahmen der Arbeit wurde eine elektrochemische Zelle für flüssige Elektrolyten entwickelt, die mit magneto-optischer Kerr-Mikroskopie kompatibel ist. Mit dieser Messzelle wurden in situ Untersuchungen des Einflusses elektrochemischer Reaktionen auf die magnetischen Eigenschaften von FeOx/Fe-Dünnschichtsystemen durchgeführt. Die mittels Sputtern hergestellten FeOx/Fe Schichten zeigen eine uniaxiale magnetische Anisotropie mit der Magnetisierungsrichtung in der Ebene. Winkelaufgelöste Kerr-Mikroskopiemesssungen zeigten einen magnetisch blockierten Zustand entlang der harten Achse, der eine erhöhte Koerzivität und Remanenz aufweist. Dieser konnte auf die Wechselwirkung zwischen geladenen Néel-Domänenwand-Ausläufern zurückgeführt werden. Anhysteretische Messungen entlang der magnetisch harten Achse ermöglichten die Quantifizierung der uniaxialen Anisotropiekonstanten KU. Bei Anlegen einer elektrischen Spannung an die FeOx/Fe Schichten in einem 1 mol/l LiOH Elektrolyten wurde eine reversible elektrochemische Umwandlung von FeOx zu metallischen Fe mittels in-situ Ramanspektroskopie nachgewiesen. Diese Umwandlung führt gleichzeitig zu einer Aufhebung des blockierten magnetischen Zustands. Dadurch konnte ein reversibles An- und Ausschalten der Koerzivität und Remanenz erreicht werden. Über in situ Kerrmikroskopiemessungen konnte nachgewiesen werden, dass gleichzeitig mit der Abnahme der Koerzivität bei der elektrochemischen Umwandlung auch eine Erhöhung von KU und eine Vergrößerung der magnetischen Domänen auftritt. Mit diesen Analysen konnte die Verringerung der Wechselwirkungen zwischen den Néel-Domänenwand-Ausläufern als Ursache für die elektrische Kontrolle der Koerzivität aufgedeckt werden. Weiterhin spielt eine verringerte Pinningkraft der magnetischen Pinningzentren durch die FeOx – Fe-Umwandlung eine Rolle. Die elektrochemische Kontrolle der Koerzivität erlaubte es, bei einem geringen magnetischen Feld ein 180°-Schalten der Magnetisierung über eine elektrische Spannung zu erreichen. Die dazu benötigte Schaltenergie wurde zu 121 mJ pro 38.5 mm2 in 60 s abgeschätzt, was sehr vielversprechend für eine Steigerung der Energieeffizienz magnetischer Bauelemente ist. Die elektrochemische Umwandlung von FeOx zu Fe in 1 mol/l LiOH wurde auf das Schichtsystem FeOx/Fe/IrMn mit unidirektionaler Anisotropie in der Schichtebene angewandt. In diesem System kommt es durch die Kopplung von Ferromagnet/Antiferromagnet zu einer unidirektionalen Verschiebung der Hysterese (Exchange Bias). Hier konnte erstmals eine nichtflüchtige, elektrische Kontrolle des Exchange Bias erreicht werden. Mit XPS und dem Vergleich mit einem Model für den Exchange Bias wurde die elecktrochemisch-induzierte Schichtdickenvariation des Ferro-magneten als Ursache aufgedeckt. Die elektrochemische Kontrolle des Exchange Bias ermöglichte eine laterale Strukturierung der damit assoziierten magnetischen Domänen. Damit wurde hier eine neue Struk-turierungsmethode für unidirektionale Systeme vorgestellt. Gegenüber konventionellen Strukturierungsmethoden (beispielweise über Ionenbombardierung) kann so eine elektrochemische Strukturierung vorteilhaft sein, da sie bei Umgebungsbedingungen und ohne Vakuumtechnik funktioniert. Eine unidirektionale Anisotropie mit der Magnetisierungsrichtung senkrecht zur Schichtebene wird im System GdOx/Pd/Co/Pd/NiO erzielt. In diesem System wird ausgenutzt, dass das Anlegen einer elektrischen Spannung über elektrochemische-Reaktionen zur H-Anlagerung in den Co- und Pd-Schichten führt, was eine Änderung der senkrechten magnetischen Anisotrope zur Folge hat. Im Schichtsystem mit Co als ferromagnetischer und NiO als antiferromagnetischer Schicht konnte erstmals mittels einer elektrischen Spannung eine senkrecht zur Schichtebene ausgeprägte Exchange-Bias-Hysterese reversibel an- und ausgeschaltet werden. Für mehrere Zyklen werden Effekte beobachtet, die Trainings-Effekten an konventionellen Exchange-Bias-Systemen ähneln. Das Anlegen einer elektrischen Spannung an GdOx/Pd/GdCo/Pd/NiO mit GdCo als ferrimagnetischer Lage führt zu einer Umkehrung der Exchange-Bias-Hysterese und deren vorzeichenbehafteter Verschiebung, welches auf die Umkehrung der magnetischen Ausrichtung der Untergitter zurückgeführt wird.:1 Introduction 1 2 Fundamentals of magnetic thin films 5 3 State of the Art 11 3.1 Voltage control of magnetism 11 3.2 Electrochemical control of magnetism 14 4 Methods 21 4.1 Film fabrication 21 4.2 Ex-situ and in-situ analytical characterization 22 4.3 Electrochemical characterization 24 4.4 Magneto-optical Kerr Magnetometry and Microscopy 25 5 Combining Kerr microscopy and electrochemistry – the in situ cell 29 6 In-plane uniaxial anisotropy and blocked domain state in FeOx/Fe thin films 33 6.1 Microstructure and composition 33 6.2 Magnetically blocked state in pristine FeOx/Fe thin film 34 7 Voltage control of FeOx/Fe thin films with in-plane uniaxial anisotropy 41 7.1 Voltage control of hysteresis by electrochemical reduction of FeOx 41 7.2 Inverse scaling of coercivity and anisotropy revealed by anhysteresis 44 7.3 Voltage control of magnetic domains 46 7.4 Magnetic de-blocking due to change of Néel wall interactions 48 7.5 Switching of magnetization by a low voltage and energy efficiency 51 7.6 Energy efficiency and application potential for data storage and actuation 53 7.7 Interim conclusion 54 8 Voltage control of FeOx/Fe/IrMn thin films with in-plane unidirectional anisotropy 57 8.1 Characterization of the pristine state exchange biased thin films 57 8.2 Electrochemical modification of EB – voltage dependency 58 8.3 Electrochemical modification of EB – time dependency 61 8.4 Model for voltage control of EB by electrochemistry 64 8.5 Non-volatile and reversible voltage control of exchange bias 65 8.6 Nonvolatile change of oxidation state and layer thickness 67 8.7 Electrochemical patterning of EB and magnetic domain state 68 8.8 Interim conclusion 70 9 Voltage control of magnetic thin films with perpendicular unidirectional anisotropy 73 9.1 Co thin films with perpendicular unidirectional anisotropy 73 9.2 Voltage control of EB in Co/Pd/NiO thin films 73 9.3 Interim conclusion 81 9.4 Voltage control of ferrimagnetic GdCo/Pd/NiO thin film 81 10 Evaluation with regard to perspective applications 83 11 Summary 87 12 Appendix 93 References 107 List of Figures 121 Publication List 123 Acknowledgments 125 Symbols 127 Statement of Authorship 129

Proefschrift Maastricht. / Lit. opg. - Met samenvatting in het Nederlands.

Premature birth and pregnancy to term, but with intrauterine growth restriction (often manifesting as birth small for gestational age, SGA, at term), both represent suboptimal environments for the developing infant brain and eyes. Very low birth weight (VLBW, The aims of this study, which is part of large interdisciplinary follow up study also including cognitive, psychiatric, paediatric and motor evaluation, as well as cerebral MRI, was threefold: to examine differences in visual functions between adolescents with VLBW, or SGA at term, compared to an age matched control group to explore how detected impairments affect other functions (e.g. motor ability) to search for a cerebral correlate to the impaired visual functions, by using magnetic resonance diffusion tensor imaging (DTI). The study shows that the VLBW group was more likely to have poor visual acuity, reduced contrast sensitivity, poor convergence, strabismus, nystagmus, anisometropia, a need for new glasses and to have started with glasses earlier than the control group. The SGA group had a slight increase in hypermetropia, but did otherwise not differ from the control group. However, none of the participants were blind or had visual acuity Both the SGA and the VLBW group had increased risk for motor problems, but these were affected by visual ability only in the VLBW group. Risk for motor problems were reduced by 25 % by controlling for poor visual acuity, but group still remained a significant factor. Visual impairments may cause motor problems, but it is also possible that cerebral damage may be the cause of simultaneous visual and motor problems. Finally, using DTI, a positive correlation between visual acuity and the microstructure of white matter (reflecting axonal “healthiness”) was demonstrated in the splenium part of the corpus callosum. This part of the brain is responsible for the transhemispherical relay of visual data, and is particularly prone to injury in prematurity. However, it has not been regarded as an important factor for visual acuity in prematurity before. Premature infants are greatly at risk for perinatal cerebral injury, due to an extreme vulnerability of several cerebral systems at a crucial time, when development is particularly fast and comprehensive. This is combined with very poor ability to maintain homeostasis, causing them to suffer infections, hypoxia, unstable blood pressure, undernourishment, among others, all pathological conditions which affect the developing brain negatively. This study confirms that adolescents with VLBW have an increased risk of visual problems. Cerebral injury probably plays a major part in causing them. / Syn og hjerne hos ungdommer med lav fødselsvekt. Forhold i svangerskapet og rundt fødselen har betydning for hvor godt vi fungerer på en rekke områder senere i livet. Dette gjelder ikke minst synet. For å kartlegge hvordan det går med synet til barn som fødes meget for tidlig (de som veier under 1500 g ved fødsel) og barn som fødes til termin med lavere fødselsvekt enn det forventede på grunn av dårlig ernæring i svangerskapet, har vi undersøkt synet til 14-åringer i disse to gruppene. Ungdommer i samme alder født til termin med normal fødselsvekt utgjorde kontrollgruppe. Deltagerne i studien ble undersøkt av øyelege og fysioterapeut, og hjernens anatomi ble undersøkt med MR. Studien viser at det synsmessig kan gjøre stor forskjell mellom å veie mindre enn 1500 g ved fødselen og å være født til termin med normal fødselsvekt. I gruppen med for tidlig fødte ungdommer hadde nesten hver tredje dårligere syn enn det normale for alderen sammenlignet med bare 4 % i kontrollgruppen. Blant de premature var det flere som hadde nedsatt evne til å skjelne små forskjeller i kontrast, og det var også vanligere med skjeling og dårlig samsyn. Det var ikke større forekomst av nærsynthet eller langsynthet blant de premature. Derimot var det noe vanligere å trenge nye briller i prematurgruppen (53 %) enn i kontrollgruppen (34 %). Et oppløftende funn var at ingen av ungdommene var blind eller synshemmet etter Verdens Helseorganisasjons kriterier. Tenåringer i gruppen født til termin med lavere fødselsvekt enn det normale hadde ikke øket risiko for synsproblemer. Både de premature og ungdommene født til termin med lav fødselsvekt hadde økt forekomst av motoriske vansker. Da vi sammenlignet syn og motoriske evner, fant vi en sammenheng i prematurgruppen, men ikke i gruppen født til termin med lav fødselsvekt. Mange av disse problemene med syn og motorikk kan bero på skader i hjernen på grunn av den for tidlige fødselen. Vi sammenlignet hjernens anatomi med synsdata og fant at det i prematurgruppen var en sammenheng mellom syn og anatomisk struktur av den midtre hjernebjelken (”corpus callosum”) som knyter sammen de to hjernehalvdelene. Hjernebjelken er et område som er spesielt utsatt for skade hos premature, men det har tidligere ikke vært vist så tydelig at skade i dette området har betydning for synet. Dessuten fant vi en sammenheng mellom skade på andre deler av hjernens synsbaner og syn i prematurgruppen