Der vorliegende Usability-Bericht entstand im Rahmen eines Multimedia-Tutoriums, das dazu vorgesehen ist, praktisch umzusetzen, was in anderen Seminaren über Multimediapsychologie, Diagnostik der Mensch-Maschine-Interaktion, Softwaregestaltung und –evaluation sowie Screendesign theoretisch vermittelt wurde. Der Wettbewerb zur Evaluation der Webseite des Fachbereichs Mensch-Computer-Interaktion (FB MCI) der Gesellschaft für Informatik e.V. (GI) bot uns durch die Aufgabenstellung eine geeignete Möglichkeit, übergreifendes theoretisches und psychologisch fundiertes Wissen an einem realen Beispiel anzuwenden und somit in die Praxis umzusetzen. Unser Team, bestehend aus sieben angehenden Usability-Experten, hat die Webseite des MCI ausführlich inspiziert und mit ausgewählten Methoden systematisch evaluiert. Dazu wurden in einem Auswahlprozess zwei geeignete Methoden gewählt. Unser Vorgehen ist in einem Projektplan festgehalten. Die Ergebnisse der Evaluation, deren Erhebung und die verwendeten Methoden sind in diesem Bericht ausführlich protokolliert.

Strongly correlated systems on geometrically frustrated lattices can stabilize a large number of interesting phases that includes a wide array of novel Mott insulators in both bosonic and electronic systems. Charge fluctuations in a Mott insulator are suppressed due to strong mutual interaction among the particles. The presence of frustration is of particular importance as the physics it offers is often rich, unexpectedly complicated, and continues to raise many open questions. The thesis elucidates some of these issues on a kagome lattice where strong interactions among the particles in the Mott phase impose non-trivial local constraints depending on the filling fraction on the lattice. These Mott insulators, in addition to featuring unusual magnetic and/or charge ordering, can also harbor topologically ordered states of quantum matter, e.g., resonating valence bond liquids realized in certain quantum dimer models on non-bipartite lattices. The dimer models can be regarded as low-energy effective theories for different types of bosonic models in the strong-coupling limit. Exploring this connection is a central theme of this thesis with the aim of realizing novel strongly correlated ground states. Past studies of these models have revealed the existence of various ordered and disordered phases with distinct signatures. Among these low-energy phases, the presence of a stable topological liquid at a particular point, known as Rokhsar-Kivelson point, in the phase diagram is notable. The classical versions of the dimer model are also known to have garnered a vast interest in various fields ranging from problems of pure mathematical origin to ones in physical chemistry as well as statistical physics. Pioneered by Kasteleyn, several analytical works came forward to exactly calculate the partition function of the problem from which other physical observables can be derived. Classical numerical methods are extensively applied to these models to verify the analytical predictions. We introduce a new classical algorithm here to compute the correlation functions of a classical dimer model on a square (bipartite) and a triangular (non-bipartite) lattice based on a tensor network construction. The method, called tensor network renormalization group, turns out to be a powerful tool for simulating short-ranged gapped systems as inferred from our results benchmarked against the classical Monte-Carlo technique and compared with past analytical studies. One should note that the quantum dimer model at the Rokhsar-Kivelson point can also be described as an infinite temperature canonical ensemble of classical dimers because of the particular structure of the ground state which is an equal weight superposition in the configuration manifold. The geometry of the lattice plays a pivotal role in deciding the nature of the phases that arise in the dimer models. Many physical properties of the dimer liquid phase can be extracted in the simple classical setting which certainly allows for a deep understanding of the classical models to be developed. The liquid phase is gapped on non-bipartite lattices and gapless on bipartite lattices, which is reflected in the decay of correlation functions with spatial distances. In general on non-bipartite lattices, the topological nature of the dimer liquid is characterized by a Z2 topological order which survives even when the model is perturbed away from the Rokhsar-Kivelson point. Stability of this liquid phase not only depends on the lattice geometries but notably on dimer concentrations also. In this context, we focus on a particular variant of the dimer model on a triangular lattice which is known as the quantum fully packed loop model. The model is composed of nonintersecting closed loops made of dimers and governed by the same Hamiltonian as the quantum dimer model. The loop model provides an effective low-energy description of a strongly correlated bosonic system at 1/3 filling on the kagome lattice. The corresponding Bose-Hubbard Hamiltonian consists of nearest-neighbor hopping and all possible repulsive interactions within a hexagonal plaquette. Conspicuous features of the zero-temperature phase diagram for this model include (i) presence of a stable Z2 liquid even without any Rokhsar-Kivelson potential term (in distinction to the standard quantum dimer model), and (ii) an unconventional phase transition from the liquid phase to a novel crystalline phase that has nematic order (dubbed lattice nematic). For a deeper understanding of the physics, a mapping to an Ising gauge theory is presented. The gauge theoretic description provides a useful way to predict the nature of the quantum phase transition to lie in the O(3) universality class. Finally a fermionic model at the same 1/3 filling is considered in which the ground state exhibits a number of exotic local orderings resulting from the spin-charge interplay of electrons. The Hamiltonian comprises nearest-neighbor hopping, strong on-site Coulomb interaction, and repulsive interaction terms only between nearest-neighbors. In the strong correlation limit, this fermionic problem maps to a two-color fully packed loop model – a model in which the loop segments carry an additional quantum number as color on a honeycomb lattice. The effective theory is governed by coherent three-particle ring exchanges and nearest-neighbor antiferromagnetic spin exchanges. The competition between these two leads to a phase diagram composed of a novel plaquette ordered state (known as the plaquette phase) that undergoes phase transition to a new kind of charge ordered state which we call a short loop phase. From our numerical analysis, we conclude that the plaquette phase features an unusual antiferromagnetic order with gapless spin excitations while the charge-ordered state is subjugated by spin fluctuations of localized electrons arranged in small hexagonal loops on the kagome lattice.

This document is a supplementary text to "An Empirical Power Analysis of Quasi-Exact Tests for the Rasch Model: Measurement Invariance in Small Samples" by Koller, Maier, & Hatzinger (to be published in Methodology, ISSN-L 1614-1881), which covers all technical details regarding the simulation and its results. First, the simulation scenarios and the introduction of differential item functioning (DIF) are described. Next, the different populations' distributions that were investigated are discussed, and finally, actual type-I-error rates and empirical power are displayed for all simulated scenarios. (authors' abstract) / Series: Research Report Series / Department of Statistics and Mathematics

Mutations in the leucine-rich repeat kinase 2 (LRRK2) gene are a major cause of Parkinson’s disease (PD), which is why modelling PD by replicating effects in animal models attracts great interest. However, the exact mechanisms of pathogenesis are still unclear. While a gain-of-function hypothesis generally receives consensus, there is evidence supporting an alternative loss-of-function explanation. Yet, neither overexpression of the human wild-type LRRK2 protein or its pathogenic variants, nor Lrrk2 knockout recapitulates key aspects of human PD in rodent models. Furthermore, there is conflicting evidence from morpholino knockdown studies in zebrafish regarding the extent of zygotic developmental abnormalities. Because reliable null mutants may be useful to infer gene function, and because the zebrafish is a more tractable laboratory vertebrate system than rodents to study disease mechanisms in vivo, clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR)/CRISPR-associated protein-9 nuclease (Cas9) genomic editing was used to delete the ~60-kbp-long zebrafish lrrk2 locus containing the entire open reading frame. Constitutive removal of both the maternal and the zygotic lrrk2 function (mzLrrk2 individuals) causes a pleomorphic phenotype in the larval brain at 5 days post-fertilisation (dpf), including increased cell death, delayed myelination, and reduced and morphologically abnormal microglia/leukocytes. However, the phenotype is transient, spontaneously attenuating or resolving by 10 dpf, and the mutants are viable and fertile as adults. These observations are mirrored by whole-larva transcriptome data, revealing a more than eighteen-fold drop in the number of differentially expressed genes in mzLrrk2 larvae from 5 to 10 dpf. Additionally, analysis of spontaneous swimming activity shows hypokinesia as a predictor of Lrrk2 protein deficiency in larvae, but not in adult fish. Because the catecholaminergic (CA) neurons are the main clinically relevant target of PD in humans, the CA system of larvae and adult fish was analysed on both cellular and metabolic level. Despite an initial developmental delay at 5 dpf, the CA system is structurally intact at 10 dpf and later on in adult fish aged 6 and 11 months. However, monoamine oxidase (Mao)-dependent degradation of biogenic amines, including dopamine, is increased in older fish, possibly suggesting impaired synaptic transmission or a leading cause of cell damage in the long term. Furthermore, decreased mitosis rate in the larval brain was found, in the anterior portion only at 5 dpf, strongly and throughout the whole organ at 10 dpf. Conceivably, lrrk2 may have a more general role in the control of cell proliferation during early development and a more specialised one in the adult stage, possibly conditional, for example upon brain damage. Because the zebrafish can regenerate lost neurons, it represents a unique opportunity to elucidate the endogenous processes that may counteract neurodegeneration in a predisposing genetic background. To this aim, the regenerative potential of the adult telencephalon upon stab injury was tested in mzLrrk2 fish. Indeed, neuronal proliferation was reduced, suggesting that a complete understanding of Lrrk2 biology may not be fully appreciated without recreating challenging scenarios. To summarise, the present results demonstrate that loss of lrrk2 has an early effect on zebrafish brain development that is later often compensated. Nonetheless, perturbed aminergic catabolism, and specifically increased Mao-dependent aminergic degradation, is reported for the first time in a LRRK2 knockout model. Furthermore, a link between Lrrk2 and the control of basal cell proliferation in the brain, which may become critical under challenging circumstances such as brain injury, is proposed. Future directions should aim at exploring which brain cell types are specifically affected by the mzLrrk2 hypoproliferative phenotype and the resulting consequences on a circuitry level, particularly in very old fish (i.e., over 2 years of age).

The progress in device performance of modern microelectronic technology is mainly driven by down-scaling. In the near future, this road will probably reach a point where physical limits make even more down-scaling impossible. The substitution of single components materialwise over the last decades, like high-k dielectrics or metal gates, has been a suitable approach to foster performance improvements. In this scheme, the integration of high-mobility III-V compound semiconductors as channel materials into Si technology is a promising route to follow for the next one or two device generations. III-V integration, today, is conventionally performed by using techniques like molecular beam epitaxy or wafer bonding which utilize solid phase crystallization but suffer to strain due to the lattice mismatch between III-V compounds and Si. An alternative approach using sequential ion beam implantation in combination with a subsequent flash lamp annealing is presented in this work. Using this technique, nanocrystals from various III-V compounds have been successfully integrated into bulk Si and Ge as well as into thin Si layers which used either SOI substrates or were grown by plasma-enhanced chemical vapour deposition. The III-V compounds which have been fabricated are GaP, GaAs, GaSb, InP, InAs, GaSb and InxGa1-xAs with variable composition. The structural properties of these nanocrystals have been investigated by Rutherford backscattering, scanning electron microscopy and transmission electron microscopy, including bright-field, dark-field, high-resolution, high-angle annular dark-field and scanning mode imaging, electron-dispersive x-ray spectroscopy and energy-filtered element mapping. Furthermore, Raman spectroscopy and X-ray diffraction have been performed to characterise the nanocrystals optically. In Raman spectroscopy, the characteristic transversal and longitudinal optical phonon modes of the different III-V compounds have been observed. These signals proof that the nanocrystals have formed by the combination of ion implantation and flash lamp annealing. Additionally, the appearance of the typical phonon modes of the respective substrate materials verifies recrystallization of the substrate by the flash lamp after amorphisation during implantation. In the bulk Si samples, the nanocrystals have a circular or rectangular lateral shape and they are randomly distributed at the surface. Their cross-section has either a hemispherical or triangular shape. In bulk Ge, there are two types of precipitates: one at the surface with arbitrary shape and another one buried with circular shape. For the thin film samples, the lateral shape of the nanocrystals is more or less arbitrary and they feature a block-like cross-section which is limited in height by the Si layer thickness. Regarding crystalline quality, the nanocrystals in all samples are mainly single-crystalline with only a few number of stacking faults. However, the crystalline quality in the bulk samples is slightly better than in the thin films. The X-ray diffraction measurements display the (111), (220) and (311) Bragg peaks for InAs and GaAs as well as for the InxGa1-xAs where the peaks shift with increasing In content from GaAs towards InAs. The underlying formation mechanism is identified as liquid phase epitaxy. Hereby, the ion implantation leads to an amorphisation of the substrate material which is then molten by the subsequent flash lamp annealing. This yields a homogeneous distribution of the implanted elements within the melt due to their strongly increased diffusivity in the liquid phase. Afterwards, the substrate material starts to recrystallize at first and an enrichment of the melt with group-III and group-V elements takes place due to segregation. When the temperature is low enough, the III-V compound semiconductor starts to crystallize using the recrystallized substrate material as a template for epitaxial growth. In order to gain control over the lateral nanocrystal distribution, an implantation mask of either aluminium or nickel is introduced. Using this mask, only small areas of the samples are implanted. After flash lamp treatment, nanocrystals form only in these small areas, which allows precise positioning of them. An optimal implantation window size with an edge length of around 300nm has been determined to obtain one nanocrystal per implanted area. During an additional experiment, the preparation of Si nanowires using electron beam lithography and reactive ion etching has been conducted. Hereby, two different processes have been investigated; one using a ZEP resist, a lift-off step and a Ni hard mask and another one using a hydrogen silsesquioxane resist which is used directly as a mask for etching. The HSQ-based process turned out to yield Si nanowires of better quality. Combining both, the masked implantation and the Si nanowire fabrication, it might be possible to integrate a single III-V nanocrystal into a Si nanowire to produce a III-V-in-Si-nanowire structure for electrical testing. / Der Fortschritt in der Leistungsfähigkeit der Bauelemente moderner Mikroelektroniktechnologie wird hauptsächlich durch das Skalieren vorangetrieben. In naher Zukunft wird dieser Weg wahrscheinlich einen Punkt erreichen, an dem physikalische Grenzen weiteres Herunterskalieren unmöglich machen. Der Austausch einzelner Teile auf Materialebene, wie Hoch-Epsilon-Dielektrika oder Metall-Gate-Elektroden, war während der letzten Jahrzehnte ein geeigneter Ansatz, um die Leistungsverbesserung voranzubringen. Nach diesem Schema ist die Integration von III-V-Verbindungshalbleiter mit hoher Mobilität ein vielversprechender Weg, dem man für die nächsten ein oder zwei Bauelementgenerationen folgen kann. Heutzutage erfolgt die III-V-Integration konventionell mit Verfahren wie der Molekularstrahlepitaxie oder dem Waferbonden, welche die Festphasenkristallisation nutzen, die aber aufgrund der Gitterfehlanpassung zwischen III-V-Verbindungen und Silizium an Verspannungen leiden. In dieser Arbeit wird ein alternativer Ansatz präsentiert, welcher die sequenzielle Ionenstrahlimplantation in Verbindung mit einer darauffolgenden Blitzlampentemperung ausnutzt. Mit Hilfe dieses Verfahrens wurden Nanokristalle verschiedener III-V-Verbindungshalbleiter erfolgreich in Bulksilizium- und -germaniumsubstrate sowie in dünne Siliziumschichten integriert. Für die dünnen Schichten wurden hierbei entweder SOI-Substrate verwendet oder sie wurden mittels plasmagestützer chemischer Gasphasenabscheidung gewachsen. Die hergestellten III-V-Verbindungen umfassen GaP, GaAs, GaSb, InP, InAs, InSb und InxGa1-xAs mit veränderbarer Zusammensetzung. Die strukturellen Eigenschaften dieser Nanokristalle wurden mit Rutherford-Rückstreu-Spektroskopie, Rasterelektronenmikroskopie und Transmissionselektronenmikroskopie untersucht. Bei der Transmissionelektronenmikroskopie wurden die Hellfeld-, Dunkelfeld-, hochauflösenden, “high-angle annular dark-field” und Rasteraufnahmemodi sowie die energiedispersive Röntgenspektroskopie und die energiegefilterte Elementabbildung eingesetzt. Darüber hinaus wurden Ramanspektroskopie- und Röntgenbeugungsmessungen durchgeführt, um die Nanokristalle optisch zu charakterisieren. Mittels Ramanspektroskopie wurden die charakteristischen transversal- und longitudinal-optischen Phononenmoden der verschiedenen III-V-Verbindungen beobachtet. Diese Signale beweisen, dass sich unter Verwendung der Kombination von Ionenstrahlimplantation und Blitzlampentemperung Nanokristalle bilden. Weiterhin zeigt das Vorhandensein der typischen Phononenmoden der jeweiligen Substratmaterialien, dass die Substrate aufgrund der Blitzlampentemperung rekristallisiert sind, nachdem sie durch Ionenimplantation amorphisiert wurden. In den Bulksiliziumproben besitzen die Nanokristalle eine kreisförmige oder rechteckige Kontur und sind in zufälliger Anordnung an der Oberfläche verteilt. Ihr Querschnitt zeigt entweder eine Halbkugel- oder dreieckige Form. Im Bulkgermanium gibt es zwei Arten von Ausscheidungen: eine mit willkürlicher Form an der Oberfläche und eine andere, vergrabene mit sphärischer Form. Betrachtet man die Proben mit den dünnen Schichten, ist die laterale Form der Nanokristalle mehr oder weniger willkürlich und sie zeigen einen blockähnlichen Querschnitt, welcher in der Höhe durch die Siliziumschichtdicke begrenzt ist. Bezüglich der Kristallqualität sind die Nanokristalle in allen Proben mehrheitlich einkristallin und weisen nur eine geringe Anzahl an Stapelfehlern auf. Jedoch ist die Kristallqualität in den Bulkmaterialien ein wenig besser als in den dünnen Schichten. Die Röntgenbeugungsmessungen zeigen die (111), (220) und (311) Bragg-Reflexe des InAs und GaAs sowie des InxGa1-xAs, wobei sich hier die Signalpositionen mit steigendem Gehalt an Indium von GaAs zu InAs verschieben. Als zugrundeliegender Bildungsmechanismus wurde die Flüssigphasenepitaxie identifiziert. Hierbei führt die Ionenstrahlimplantation zu einer Amorphisierung des Substratmaterials, welches dann durch die anschließende Blitzlampentemperung aufgeschmolzen wird. Daraus resultiert eine homogene Verteilung der implantierten Elemente in der Schmelze, da diese eine stark erhöhte Diffusivität in der flüssigen Phase aufweisen. Danach beginnt zuerst das Substratmaterial zu rekristallisieren und es kommt aufgrund von Segregationseffekten zu einer Anreicherung der Schmelze mit den Gruppe-III- und Gruppe-V-Elementen. Wenn die Temperatur niedrig genug ist, beginnt auch der III-V-Verbindungshalbleiter zu kristallisieren, wobei er das rekristallisierte Substratmaterial als Grundlage für ein epitaktisches Wachstum nutzt. In der Absicht Kontrolle über die laterale Verteilung der Nanokristalle zu erhalten, wurde eine Implantationsmaske aus Aluminium beziehungsweise Nickel eingeführt. Durch die Benutzung einer solchen Maske wurden nur kleine Bereiche der Proben implantiert. Nach der Blitzlampentemperung werden nur in diesen kleinen Bereichen Nanokristalle gebildet, was eine genaue Positionierung dieser erlaubt. Es wurde eine optimale Implantationsfenstergröße mit einer Kantenlänge von ungefähr 300 nm ermittelt, damit sich nur ein Nanokristall pro implantierten Bereich bildet. Während eines zusätzlichen Experiments wurde die Präparation von Siliziumnanodrähten mit Hilfe von Elektronenstrahllithografie und reaktivem Ionenätzen durchgeführt. Hierbei wurden zwei verschiedene Prozesse getestet: einer, welcher einen ZEP-Lack, einen Lift-off-Schritt und eine Nickelhartmaske nutzt, und ein anderer, welcher einen HSQ-Lack verwendet, der wiederum direkt als Maske für die Ätzung dient. Es stellte sich heraus, dass der HSQ-basierte Prozess Siliziumnanodrähte von höherer Qualität liefert. Kombiniert man beides, die maskierte Implantation und die Siliziumnanodrahtherstellung, miteinander, sollte es möglich sein, einzelne III-V-Nanokristalle in einen Siliziumnanodraht zu integrieren, um eine III-V-in-Siliziumnanodrahtstruktur zu fertigen, welche für elektrische Messungen geeignet ist.

Theoretischer Hintergrund. Aufgrund des Wandels in der Arbeitswelt durch neue bzw. veränderte Belastungsformen gewinnt die Sicherung ausreichender Erholung schon während der Arbeitszeit an Bedeutung, um mögliche beeinträchtigende Folgen bei Beschäftigten zeitnah und effizient vorzubeugen. Bereits seit über 100 Jahren beschäftigen sich verschiedene Forschungsdisziplinen mit der Frage, wie Arbeitspausen beanspruchungsoptimierend gestaltet werden können. Im theoretischen Teil dieser Monografie werden diese arbeitswissenschaftlichen und psychologischen Beiträge diskutiert und schließlich in einem Rahmenkonzept integriert, dass die Beziehungen zwischen Merkmalen der Pausenorganisation, der Arbeit (Belastungsfaktoren) und des Beschäftigten (Personenmerkmale) sowie die beteiligten Wirkmechanismen zu strukturieren versucht. Im empirischen Teil dieser Arbeit werden auf Basis identifizierter Forschungslücken Teilbeziehungen des entwickelten Konzeptes anhand der Organisation von Kurzpausen geprüft. Die vier durchgeführten Studien sollen dazu beitragen, das bisher fragmentierte Vorgehen bei der Untersuchung von Kurzpauseneffekten aufzulösen und so zu einem umfassenderen Verständnis über die Modulatoren und Mechanismen der beanspruchungsoptimierenden Wirkung von Kurzpausen zu gelangen. Fragestellungen. Studie 1 zielt darauf ab, die Studienlage zur Wirkung von Kurzpausen auf verschiedene Beanspruchungsindikatoren zusammenzufassen und mögliche moderierende Einflussfaktoren zu identifizieren. Die folgenden laborexperimentellen Studien untersuchen Gestaltungs- und Einflussfaktoren der Kurzpausenorganisation anhand simulierter Kommissioniertätigkeiten bei der Arbeit am Fließband. In Studie 2 soll zunächst geklärt werden, ob zwei wesentliche Tätigkeitsmerkmale von Fließarbeit (Aufgabenrepetitivität, Taktung) die physiologische Erholung während passiver Kurzpausen (Ausruhen) beeinflussen und dadurch auf das Ausmaß beeinträchtigender Beanspruchungsfolgen wirken. Auf Basis dieser Studienergebnisse werden in Studie 3 und 4 unterschiedliche Formen der Kurzpausenorganisation bei repetitiver und fremdgetakteter Fließarbeit weiter untersucht. Studie 3 zielt darauf ab, die Kurzpauseneffekte gegenüber einer pausenlosen Kontrollbedingung zu prüfen. Es sollen erstmals auch mögliche beeinträchtigende und förderliche Mechanismen der Pausenwirkung (z.B. Rumination, Unterbrechungserleben) sowie direkte und interaktive Einflüsse eines weiteren Merkmals der Pausenorganisation, dem Pauseninhalt (passiv: Ruhe, Musik, aktiv: körperliche Aktivität), sowie der Person (Erholungsfähigkeit) geprüft werden. Studie 4 repliziert und erweitert den Forschungsansatz aus Studie 3, indem als zusätzlicher Faktor auf die Pausenwirkungen der Zeitdruck bei der Arbeit untersucht wird. Methoden. In allen Studien wurden kurzfristige Beanspruchungsfolgen mehrdimensional operationalisiert und erfasst (körperliche Beschwerden, psychische Beanspruchungsfolgen, physiologische Stressindikatoren, Leistungsindikatoren), um so die in der Literatur oftmals berichteten inkongruenten Effekte aufzudecken. In Studie 1 wurde eine Metaanalyse über Interventionsstudien zur Wirkung fremdorganisierter Kurzpausen durchgeführt und mittlere Effektstärken (Hedges‘ g) für verschiedene Beanspruchungsindikatoren ermittelt. Potenzielle Moderatoren der Kurzpausenwirkung (Pausenorganisation, Studienmerkmale, Arbeitsbedingungen, Personenmerkmale) wurden in den Analysen berücksichtigt. In die Auswertung gingen k = 33 (N = 1171) und in die zur Wirkung des Pauseninhaltes k = 6 (N = 147) unabhängige Studienstichproben ein. In den Studien 2 bis 4 wurden in einem Labor Kommissioniertätigkeiten über eine Dauer von 140 bis 176 Minuten simuliert. Die studentischen Probanden wurden den manipulierten Versuchsbedingungen stets zufällig zugeordnet (RCT-Designs). Studie 2 (N = 188) wurde als 2 (Aufgabenvielfalt: gering = repetitiv vs. hoch = abwechslungsreich) x 2 (zeitlicher Handlungsspielraum: gering = fremdgetaktet vs. hoch =selbstgetaktet)-faktorielles Messwiederholungsdesign realisiert, wobei die Probanden in allen vier Versuchsbedingungen alle 44 Minuten eine fünfminütige, passive Kurzpause einlegen mussten. Es wurden die kardiovaskuläre Erholungsreaktion (Herzrate, Herzratenvariabilität) während der Kurzpausen und verschiedene Beanspruchungsindikatoren (Ermüdung, Monotonie, Sättigung, systolischer und diastolischer Blutdruck, Arbeitsleitung) erfasst. In Studie 3 (N = 83) wurde ein unvollständiger 2 (drei fünfminütige Kurzpausen alle 40 Minuten: ohne vs. mit) x 3 (Pauseninhalt: passiv-Ruhe vs. passiv-klassische Musik vs. aktivkörperliche Ausgleichsübungen)-faktorieller Mischversuchsplan mit Messwiederholung realisiert und die individuelle Erholungsfähigkeit (Trait) als potenziell moderierende Variable bei allen Probanden erfasst. Die Beanspruchungsdiagnostik wurde im Vergleich zu Studie 2 erweitert (körperlich: Beschwerdelisten, systolischer und diastolischer Blutdruck, Herzrate[nvariabilität]; psychisch: Wohlbefinden, mentale Anstrengung, Ermüdung, Monotonie, Sättigung, Stress; Arbeitsleistung: Menge, Fehler, Fehlerrate). Als mögliche Prozesse der Pausenwirkung wurden die Rumination während der Pause, die Bewertung der Pausengestaltung sowie Veränderungen im Wohlbefinden, der Ermüdung, der mentalen Anstrengung und der physiologischen Aktivierung erfasst. In Studie 4 (N = 182) wurde ein unvollständiger 2 (Zeitdruck: gering vs. hoch) x 2 (Kurzpausen: ohne vs. mit) x 3 (Pauseninhalt: Ruhe vs. Musik vs. körperliche Aktivität)-faktorieller Mischversuchsplan mit Messwiederholung realisiert und die individuelle Erholungsfähigkeit erneut per Fragebogen erfasst. Es wurden die gleichen Verfahren und Methoden wie in Studie 3 angewendet. Ergebnisse. Studie 1 zeigte, dass organisierte Kurzpausen mit signifikant kleinem Effekt (g = 0.40) zur Reduktion beeinträchtigender Beanspruchungsfolgen beitragen. Die Effekte waren für verschiedene Beanspruchungsindikatoren (körperliche Beschwerden, psychisches Befinden, physiologische Aktivierung, Testleistung, Arbeitsleistung) stabil. Bezahlte Kurzpausen tragen trotz Arbeitszeitreduktion zu einer Verbesserung der Arbeitsleistung und des Wohlbefindens bei. Der Pauseninhalt hatte keinen direkten Einfluss auf die berichteten Effekte. Es gab Hinweise, dass förderliche Kurzpauseneffekte bei steigenden Arbeitsanforderungen und geringeren Arbeitsressourcen zunehmen. In Studie 2 führten reduzierte Arbeitsressourcen (repetitive Aufgaben und fremdgetaktete Arbeitsweise) zu einer Reduktion der kardiovaskulären Erholungsreaktion während der Kurzpausen. Dieser Effekt erklärte allerdings nicht, die unter dieser Arbeitsbedingung berichteten, höheren beeinträchtigenden Beanspruchungsfolgen. Studie 3 zeigte, dass Kurzpausen bei repetitiver und fremdgetakteter Arbeit im Vergleich zu einer Kontrollgruppe zu keiner Reduktion negativer Beanspruchungsfolgen beitragen. Die Effekte waren unabhängig vom Pauseninhalt und der Erholungsfähigkeit der Probanden. Weitere Analysen ergaben Hinweise, dass körperliche Aktivpausen Vorteile gegenüber passiven Pausen für das Befinden und die physiologische Aktivierungsregulation aufweisen. Probanden profitierten insbesondere dann von Kurzpausen, wenn sie vor der Pause bereits ein hohes Ausmaß beeinträchtigender Beanspruchungsfolgen entwickelt hatten. In Studie 4 wurde gezeigt, dass Kurzpausen bei steigendem Zeitdruck eine Zunahme psychischer und körperlicher Beanspruchungsfolgen vorbeugen, dieser Effekt aber nur bei erholungsfähigen Probanden und bei passiven Ruhepausen sowie bei körperlichen Aktivpausen auftritt. Die Verringerung der mentalen Anstrengung und der Ermüdung sowie die Steigerung des positiven Affektes durch die Kurzpausen konnten als vermittelnde Mechanismen identifiziert werden. Bei passiven Ruhepausen, nicht aber bei körperlichen Aktivpausen, qualifizierte die Erholungsfähigkeit die Wirkungen von Kurzpausen unter variiertem Zeitdruck. Beanspruchungsoptimierende Effekte von Ruhepausen traten mit steigendem Zeitdruck nur bei erholungsfähigen Probanden auf, während erholungsunfähige Probanden versuchten, dem steigenden Monotonieerleben durch schnelleres Arbeiten mit begleitend höheren psychophysiologischen Kosten zu begegnen. Es gab Hinweise, dass die arbeitsbezogene Rumination während der Pausen die Wechselwirkungen zwischen Zeitdruck, Kurzpausen und Erholungsfähigkeit vermittelt. Diskussion und Schlussfolgerungen. Es wurde ein Rahmenkonzept zu arbeitsbedingten, organisationalen und individuellen Einflussfaktoren sowie möglichen Mechanismen der beanspruchungsoptimierenden Wirkung von Arbeitspausen entwickelt und dieses schließlich für den Einsatz von Kurzpausen in Teilen geprüft. Kurzpausen haben förderliche Effekte für die Vorbeugung verschiedener kurzfristiger, negativer Beanspruchungsfolgen. Sie verbessern das körperliche und psychische Wohlbefinden und die Arbeitsleistung und können bei vielen Tätigkeiten als bezahlte Arbeitszeit gewährt werden. Insbesondere bei eher unterfordernden Tätigkeiten mit eingeschränkten zeitlichen Freiheitsgraden zeigt sich ihre vorbeugende Wirkung erst mit zunehmenden quantitativen Arbeitsanforderungen (Zeitdruck), was sich mit Vorhersagen stress- und erholungspsychologischer Theorien deckt. In Erweiterung dieser Modelle konnte für den Einsatz von Kurzpausen gezeigt werden, dass weitere Organisationsmerkmale der Pause (Pauseinhalt) und erholungsrelevante Personenmerkmale (Erholungsfähigkeit) diese Effekte gemeinsam qualifizieren. Darüber hinaus wurden gezeigt, dass affektive, kognitive und physiologische Prozesse die Wirkung der Pause auf verschiedene Beanspruchungsindikatoren erklären. Aus den Ergebnissen lässt sich schlussfolgern, dass sowohl verhältnis- als auch verhaltenspräventive Ansätze bei der Pausengestaltung berücksichtigt werden müssen. Zukünftige Studien sollten das Rahmenkonzept bei längeren Pausenformen prüfen und dabei mögliche längerfristige Beanspruchungsfolgen berücksichtigen. Auf Grundlage der hier erarbeiteten Erkenntnisse wurde ein Analyse- und Bewertungsinstrument zu Pausenorganisation entwickelt (Pausencheck), welches Praktiker und Forscher dabei unterstützen soll, die Pausenorganisation in ihrer Komplexität abzubilden und optimierend zu gestalten.

Bei der klinischen Beschreibung einer Sepsis sind Symptome vorhanden, die allesamt auf eine endotheliale Beteiligung schließen lassen. Hierzu zählt die Infektion an sich, die Regulation der Gefäßpermeabilität, der Gerinnung, der Interaktion mit zirkulierenden Zellen, des Gefäßtonus und des Sauerstoffverbrauchs. In systematischer Weise werden die Einflüße reaktiver Sauerstoff- und Stickstoffderivate für diese endothelialen Funktionen beschrieben. Beide Molekülgruppen können toxische Wirkungen als unspezifisch im Sinne der Onkose induzieren, die komplex von den jeweiligen Produktionsraten und Umgebungsbedingungen abhängig sind. Es scheint bei einer NO. induzierten Toxizität eine kooperative Wirkung mit reaktiven Sauerstoffderivaten zu geben, wohingegen eine primär durch reaktive Sauerstoffderivate induzierte Toxizität von niedrig dosiertem NO. inhibiert werden kann. Daneben kann der Tod einer Zelle auch als eine teleologisch sinnvolle Form geregelt eintreten. Dieser sogenannte programmierte Zelltod, die Apoptose, scheint durch exogene Zufuhr reaktiver Sauerstoff- oder Stickstoffderivate eher wenig wahrscheinlich. Dagegen scheint die endogene Produktion reaktiver Sauerstoffderivate enger mit proapoptotischen Veränderungen assoziiert zu sein. Die endogene endotheliale Produktion von NO. hat in bisherigen Untersuchungen widersprüchliche Bedeutung für die Apoptose und muß weiteren Untersuchungen vorbehalten bleiben. Ob eine durch Sepsis induzierte endotheliale Apoptose oder Onkose bei Menschen vorliegt wird diskutiert. Unabhängig von der Induktion zum Sterbeprozeß haben reaktive Sauerstoff- und Stickstoffderivate eine signalgebende Funktion in Endothelzellen, die nach exogener Zugabe aber auch durch eine endogene Produktion systematisch zusammengefaßt werden. Zahlreiche Sepsiserreger, oder deren Sekretions-, bzw. Abbauprodukte können primär mit Endothelzellen interagieren. Bereits diese frühen Interaktion gehen mit einer Dysregulation reaktiver Sauerstoff- und Stickstoffderivate einher. Vor allem im Rahmen eines früh auftretenden septischen Schocks wird eine enorm erhöhte Gefäßpermeabilität deutlich. Untersuchungen zur endothelialen Permeabilität legen zumindest in vitro eine Dysregulation reaktiver Sauerstoff- und Stickstoffderivate nahe. Die Regulation des Gefäßtonus ist ganz offensichtlich bei septischen Patienten gestört. Welcher Beitrag hierfür auf eine gestörte Endothelfunktion zurückzuführen ist wurde in zahlreichen tierexperimentellen Modellen untersucht. Endothelzellen sind in der Lage, den Sauerstoffverbrauch ganzer Organe zu regeln und Implikationen für die Pathophysiologie der Sepsis werden diskutiert. Endotheliale Dysfunktionen bei septischen Patienten scheinen aufgrund tierexperimenteller Modellvorstellungen naheliegend, sind aber nur ansatzweise bei Menschen belegt. Es ist unklar, welche endothelialen Funktionsdefizite bei septischen gut definierten Patienten überhaupt sicher zu quantifizieren sind, oder wie lange sie anhalten und sich über die Zeit ändern. Auch ist nicht belegt, ob lösliche Marker ein Funktionsdefizit anzeigen, oder lediglich Ausdruck einer allgemeinen Schädigung eines Organismus sind. Eine Dysbalance der endothelialen Produktion reaktiver Sauerstoff- und Stickstoffderivate liegt allerdings sehr wahrscheinlich vor. / The definition of sepsis includes clinical signs which all are related to endothelial dysfunctions. Infections agents can primarily target endothelial cells. The regulation of vascular permeability and coagulation, the interaction with circulating cells, vasoregulation and oxygen consumption are endothelial dependent. Systematically it is described how reactive oxygen species and reactive nitrogen species act as mediators for these diverse functions. Both reactive oxygen and nitrogen species are well known for their toxic potencies leading to oncosis. Their interaction is very complex. Nitric oxide induced toxic reactions increase in the presence of reactive oxygen species, whereas reactive oxygen species induced toxicity is decreased by low doses of nitric oxide. Apoptosis as opposed to oncosis hardly is induced by exogeneous reactive oxygen or nitrogen species in endothelial cells. However, endogeneous production of reactive oxygen species is more likely to serve proapoptotic functions. Whether patients suffering from sepsis show increased signs of apoptotic endothelium is discussed. Signalling events by low doses of exogeneous reactive oxygen and nitrogen species as well as by endogeneous production in endothelial cells unrelated to death signals are summarized. The known signalling pathways are integrated into specific dysregulated endothelial functions of septic patients. Early interactions of endothelium with infectious agents involve reactive oxygen and nitrogen species. Clinically apparent early signs of septic shock include increased vascular permeability and vasoregulatory disturbance. The involvement of endothelium and reactive oxygen and nitrogen species in these functions is summarized. New data have become available showing that endothelium is able to regulate whole organ oxygen consumption in which reactive oxygen and nitrogen species are involved. These data are discussed. From these in vitro and animal studies it seems evident that endothelial dysfunctions are central features of sepsis. However it remains to be clearly shown that definite endothelial dysfunctions are present and measurable in well defined patient groups, how long these suggested dysfunctions are present or change along the course of septic episodes. The involvement of dysregulated production of reactive oxygen and nitrogen species is most likely.

Feedback, Trainingsplan und individuelle Unterschiede zwischen Lernern sind drei Faktoren die den motorischen Fertigkeitserwerb beeinflussen und wurden in der vorliegenden Dissertation untersucht. Ein besonderer Fokus lag auf den zugrundeliegenden Gehirnprozessen von Feedbackverarbeitung und Handlungsvorbereitung, die mittels ereigniskorrelierter Potenziale (EKPs) untersucht wurden. 120 Teilnehmer trainierten auf virtuelle Zielscheiben zu werfen und wurden in einer Folgesitzung auf Abruf und Transfer getestet. Der Trainingsplan verursachte entweder hohe contextual interference (CI) (randomisiert) oder niedrige CI (geblockt). In einer anschließenden Onlinestudie, bearbeiteten 80% der Teilnehmer eine Untermenge der Raven advanced progressive matrices, die schlussfolgerndes Denken (SD) erfassen. Unter hoher CI hängt besseres SD mit größerem Zuwachs im Training und höherer Performanz in Abruf und Transfer zusammen. Ähnliche Effekte von SD im späten Trainingsverlauf unter niedriger CI lassen darauf schließen, dass Variabilität eine notwendige Voraussetzung für positive Effekte von SD ist. Wir folgern, dass CI das Ausmaß an Praxisvariabilität über den Trainingsverlauf beeinflusst und darüber moduliert, ob Regeln abstrahiert werden (Studie 1). Diese Interpretation wird durch differenzielle Lerneffekte auf EKPs in der Vorbereitungsphase gestützt. Hohe CI führt zu einer stärkeren Abnahme von aufmerksamkeits- und kontrollbezogenen EKPs während der Vorbereitungsphase. Die CNV Amplitude, als Maß motorischer Vorbereitungsaktivität nimmt zu, wenn die Anforderungen in Training und Abruf gleich sind, wie bei niedriger CI. Das spricht für zwei parallele Mechanismen motorischen Lernens, die gemeinsam zur CNV Amplitude beitragen (Studie 2). Wir zeigten außerdem, dass sich graduelle Verarbeitung positiven Performanz-Feedbacks in der Variation der Amplitude der Reward Positivity widerspiegelt (Studie 3). / Feedback, training schedule and individual differences between learners influence the acquisition of motor skills and were investigated in the present thesis. A special focus was on brain processes underlying feedback processing and motor preparation, investigated using event related potentials (ERPs). 120 participants trained to throw at virtual targets and were tested for retention and transfer. Training schedule was manipulated with half of the participants practicing under high contextual interference (CI) (randomized training) and the other half under low CI (blocked training). In a follow-up online study, 80% of the participants completed a subset of the Raven advanced progressive matrices, testing reasoning ability. Under high CI, participants’ reasoning ability was related to higher performance increase during training and higher subsequent performance in retention and transfer. Similar effects in late stages of low CI training indicate, that variability is a necessary prerequisite for beneficial effects of reasoning ability. We conclude, that CI affects the amount of variability of practice across the course of training and the abstraction of rules (Study 1). Differential learning effects on ERPs in the preparatory phase foster this interpretation. High CI shows a larger decline in attention- and control-related ERPs than low CI. CNV amplitude, as a measure of motor preparatory activity, increases with learning only, when attention demands of training and retention are similar, as in low CI training. This points to two parallel mechanisms in motor learning, with a cognitive and a motor processor, mutually contributing to CNV amplitude (Study 2). In the framework of the “reinforcement learning theory of the error related negativity”, we showed, that positive performance feedback is processed gradually and that this processing is reflected in varying amplitudes of reward positivity (Study 3). Together these results provide new insights on motor learning.

Die Informations- und Kommunikationstechnologien haben die Arbeitswelt grundlegend verändert. Durch den Einsatz komplexer, hochautomatisierter Systeme werden an die kognitive Leistungsfähigkeit und Belastbarkeit von Arbeitnehmern hohe Anforderungen gestellt. Über die Ermittlung der psychischen Beanspruchung des Menschen an Arbeitsplätzen mit hohen kognitiven Anforderungen wird es möglich, eine Über- oder Unterbeanspruchung zu vermeiden. Gegenstand der Dissertation ist deshalb die Entwicklung, Implementierung und der Test eines neuen Systems zur kontinuierlichen Bewertung psychischer Beanspruchung an informationsintensiven Arbeitsplätzen auf Basis des Elektroenzephalogramms. Im theoretischen Teil der Arbeit werden die Konzepte zur Definition der psychischen Beanspruchung und Modelle zur Beschreibung der menschlichen Informationsverarbeitung zusammengestellt. Die Auswertung einer Reihe von Experimenten ist die Basis für die Konzeption und den Test des neuen Systems zur Indexierung der psychischen Beanspruchung. Die Aufgabenbatterie, die Stichprobenbeschreibung, der Versuchsaufbau und -ablauf sind Bestandteil des experimentellen Teils der Arbeit. Während der Aufgabenlösung wird von den Probanden das Elektroenzephalogramm mit 25 Kanälen abgeleitet. Es folgt eine Artefakteliminierung, für die ein neues automatisch und in Echtzeit arbeitendes Verfahren entwickelt wurde. Die Klassifikation und damit die Indexierung von Segmenten des Elektroenzephalogramms in die Klassen niedriger, mittlerer oder hoher Beanspruchung erfolgt auf Basis einer ebenfalls neu entwickelten Methode, deren Grundlage Dual Frequency Head Maps sind. Damit ist ein vollständiges System entstanden, das die einzelnen Verfahrensschritte integriert und die Aufgabenstellung der Arbeit erfüllt: Es kann an informationsintensiven Arbeitsplätzen eingesetzt werden, um kontinuierlich die Bewertung der psychischen Beanspruchung auf Basis des Elektroenzephalogramms vorzunehmen. / Advanced information and communication technology has fundamentally changed the working environment. Complex and highly automated systems impose high demands on employees with respect to cognitive capacity and the ability to cope with workload. The registration of mental workload of employees on-site at workplaces with high cognitive demands enables preventing over- or underload. The subject of this dissertation is therefore the development, implementation and testing of a novel system for continuous assessment of mental workload at information intensive workplaces on the basis of the electroencephalogram. In the theoretical section of the thesis concepts for defining mental workload are given; furthermore, models for describing human information processing are introduced and the relevant terminology such as strain, workload, and performance is clarified. Evaluation of an array of experiments with cognitive tasks forms the basis for the conceptual design and testing of the novel system for indexing mental workload. Descriptions of these tasks, the sample, the experimental set-up and procedure are included in the experimental section. The electroencephalogram with 25 channels was recorded from the subjects while performing the tasks. Subsequently, an artifact elimination was carried out, for which a new, automated, and real-time capable procedure has been developed. Segments from the electroencephalogram are classified and thusly indexed into classes of low, medium, and high workload on the basis of a likewise newly developed method, whose central element are Dual Frequency Head Maps. Hence, a complete system emerges that integrates the single processing steps and satisfies the scope of this thesis: It can be applied on-site at information intensive workplaces for continuous assessment of mental workload on the basis of the electroencephalogram.

Einen Einblick in die Genealogie der Hausfrau gewährt ein Ratgeber aus der Spätaufklärung, der sich als erste deutsche Ökonomik ausschließlich an Frauen richtet: Die Hausmutter in allen ihren Geschäfften von Christian Friedrich Germershausen, einem brandenburgischen Landgeistlichen. Das um 1780 veröffentlichte Werk umfasst fünf Bände à ca. 900 Seiten praktischen Wissens über das Führen eines Gutsbetriebes. Es befindet sich auf der Schnittstelle zwischen traditioneller Hausväterliteratur und der Haushaltsliteratur des 19. Jahrhunderts. Der Autor gehörte der Ökonomischen Aufklärung an, einer Bewegung, die sich für Agrarreformen einsetzte. Die historische Forschung hat bisher die Rolle von Frauen in der Ökonomischen Aufklärung vernachlässigt, Germershausens Hausmutter ist jedoch eine wichtige Figur in der Vermittlung dieses Wissens. Ebenso wichtig ist ihre Aufgabe, die soziale Hierarchie des Hauses herzustellen: Der eigene Stand wird mithilfe des Essens verortet. Bei Gastessen darf weder geprotzt werden, noch darf die Hausmutter zu geizig sein, während das Gesinde auf keinen Fall zu gutes Essen bekommen darf. Die geforderte Sparsamkeit wird so zu einer Gratwanderung und setzt schließlich nicht mehr nur beim Gesinde, sondern auch bei der Hausmutter selbst an. Die bürgerliche Ehefrau hat in der Folge im Laufe des 19. Jahrhunderts als Laie und unbezahlt immer mehr Aufgaben übernommen. Diese Entwicklung fängt mit dem spätaufklärerischen idealisierten Mutterbild an, das sich auch im letzten Band der Hausmutter finden lässt. In den ersten vier Bänden adressiert Germershausen seine Leserin als kompetente Betriebsleiterin. Dieser Tonfall ändert sich im letzten Band, in dem es um Schwangerschaft, Mutterschaft und die Erziehung der Töchter geht. Der Autor vollzieht hier einen Strategiewechsel in der Propagierung seines Hausmutterideals: vom gesellschaftlichen Druckmittel der Fremdbestimmung zur Selbstdisziplinierung und Affektbeherrschung durch schlechtes Gewissen. / In order to understand the concept of the housewife, I took a look at an advice book from the late Enlightenment, the first German household book that addressed exclusively women: Die Hausmutter in allen ihren Geschäfften (The Complete Guide to the activities of the Mistress of the Household) by Christian Friedrich Germershausen, a rural pastor. It was published around 1780, and consisted of five volumes à ca. 900 pages of practical knowledge about how to run a rural estate. It marks a unique position between traditional Hausväterliteratur and household literature from the 19th century. The author belonged to a movement that tried to introduce agricultural reforms. Historical research looking into this ‚Economic Enlightenment‘ has so far neglected the role of women in it. Germershausen, nevertheless, regards the Hausmutter as an important figure in the process of communicating and realizing this knowledge. Equally important is her task to establish the social order in the house: the status in feudal society is defined with the help of food. Having guests for dinner, she is supposed to find the right balance between decadence and parsimony. The servants mustn’t be served food the author regards as too good for them. Eventually, the requested thriftiness doesn’t only concern the servants, but also the Hausmutter herself. During the 19th century, the bourgeois housewife, layperson and unpaid, consequently takes over more and more tasks. This development started with motherhood being idealized in the late Enlightenment, apparent in the last volume of the Hausmutter. While Germershausen still addresses his reader as competent manager in the first four volumes, his tone changes in the last volume, as the subject turns to pregnancy, motherhood, and the upbringing of daughters. The author changes his strategy propagating his ideal of the Hausmutter: from societal pressure of heteronomy to self-discipline and control of affects by means of a guilty conscience.