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 Dissertation untersucht die Entwicklung der Rechtschreibfertigkeiten von Schülern mit Deutsch als Zweitsprache im Vergleich zu ihren Mitschülern mit Deutsch als Muttersprache in der Sekundarstufe I. Kern der Untersuchung bildet die Methode der Fehleranalyse. Mittels quer- und längsschnittlicher Analysen werden spezifische Vergleiche zwischen den Rechtschreibleistungen von 236 Schülern italienischer und deutscher Herkunft vorgenommen. Die Ergebnisse der Untersuchung präzisieren die empirisch bislang nur lückenhaft dokumentierten Rechtschreiberwerbsverläufe von ein- und zweisprachigen Schülern der Sekundarstufe I. Die Daten geben Auskunft über bestehende Leistungsrückstände der zweisprachigen Schüler und dokumentieren charakteristische Entwicklungsverläufe und Fehlerschwerpunkte. Für die Unterrichtspraxis geben die gewonnenen Erkenntnisse folglich konkrete Hinweise. Aufgezeigt werden nicht nur die Lerninhalte, für die vertiefende Instruktionen und Übungen im Unterricht der Sekundarstufe I nötig sind, sondern ebenfalls die Zeiträume, in denen sich die Schüler sichere Schreibfertigkeiten in den einzelnen orthographischen Problembereichen aneignen.

No description available.

No description available.

No description available.

The dissertation presents theoretical and experimental studies on the physical origin of the signal in photothermal microscopy of single particles. This noninvasive optical far field microscopy scheme allows the imaging and detection of single absorbing nanoparticles. Based on a heat-induced pertur- bation in the refractive index in the embedding medium of the nanoscopic absorber, a corresponding probe beam modification is measured and quantified. The method is well established and has been applied since its first demonstration in 2002 to the imaging and characterization of various absorbing particle species, such as quantum dots, single molecules and nanoparticles of different shapes. The extensive theoretical developments presented in this thesis provide the first quantitative assess- ment of the signal and at the same time enlarge its phenomenology and thereby its potential. On the basis of several approximation schemes to the Maxwell equations, which fundamentally gov- ern the interaction of light with inhomogeneities, several complementing models are devised which describe the photothermal signal both qualitatively and quantitatively. In succession an interdepen- dent and self-consistent set of theoretical descriptions is given and allows important experimental consequences to be drawn. In consequence, the photothermal signal is shown to correspond to the action of a nanoscopic (thermal) lens, represented by the spherically symmetric refractive index pro- file n(r) which accompanies the thermal expansion of the absorber’s environment. The achieved quantification allows the direct measurement of absorption cross-sections of nanoparticles. Further, a qualitatively new phenomenology of the signal is unraveled and experimentally demonstrated. The separate roles of the probing and the heating beams in photothermal microscopy is dismantled and the influence of their relative alignment shown to allow for a controlled adjustment of the effective detection volume. For the first time, both positive and negative signals are demonstrated to occur and to be the characteristic signature of the lens-like action on the probe beam. The detection of the probe beam’s modification is also shown to sensitively depend on the aperture used in the detection chan- nel, and a signal optimization is shown to be feasible. Also, a generalization of the detectable signal via the use of a quadrant photodiode is achieved. Specifically, measuring the far field beam deflec- tion the result of the beam passing the lens off-center manifests in a laterally split detection volume. Hereby, finally each classical photothermal spectroscopic techniques has been shown to possess its microscopic counterpart. Central to the understanding of this generalized and new phenomenology is a scalar wave-optical model which draws an analogy between the scattering of a massive particle wave-packet by a Coulomb potential and the deflection of a focused beam by a photonic potential connected with the thermal lens. The significance of the findings is demonstrated by its methodological implications on photother- mal correlation spectroscopy in which the diffusion dynamics of absorbing colloidal particles can be studied. The unique split focal detection volumes are shown to allow the sensitive measurement of a deterministic velocity field. Finally, the method is supplemented by a newly introduced sta- tistical analysis method which is capable of characterizing samples containing a heterogeneous size distribution.

Das Harnblasenkarzinom (BCa) stellt in Deutschland die vierthäufigste Tumorneuerkrankung und die zehnthäufigste krebsbedingte Todesursache bei Männern dar. Nichtmuskelinvasive BCa werden organerhaltend aus der Blasenwand entfernt und zur Rezidiv- und Progressionsprophylaxe mittels intravesikaler Chemo- oder Immuntherapien behandelt. Trotz dieser adjuvanten Therapien, die mit starken Nebenwirkungen verbunden sein können, ist nur eine bedingte Minimierung des Rezidivrisikos möglich. Besonders im fortgeschrittenen Stadium weisen Harnblasenkarzinome eine schlechte Prognose auf. Obwohl das BCa eine chemosensitive Erkrankung darstellt, wird das Ansprechen auf lokale oder systemische Chemotherapien häufig durch auftretende Resistenzmechanismen limitiert. Daher stehen sowohl die Verbesserung konventioneller Chemotherapien als auch die Suche nach neuartigen Behandlungsstrategien im Fokus der experimentellen BCa-Forschung. Die Apoptose, eine Form des programmierten Zelltodes, ist ein essenzieller, streng regulierter biologischer Prozess, welcher der Aufrechterhaltung der Gewebshomöostase und der gezielten, entzündungsfreien Eliminierung geschädigter Zellen dient. Fehlregulationen in den Apoptosesignalwegen stellen ein zentrales Ereignis in der Tumorgenese dar und tragen außerdem zur Entstehung von Chemo- und Radiotherapieresistenzen bei. Eine wichtige Rolle in der Apoptoseregulation spielen die Mitglieder der BCL2- und der Inhibitor of Apoptosis Protein (IAP)-Familien, deren wichtigste antiapoptotische Vertreter BCL2, BCL-XL, XIAP und Survivin häufig in Tumoren, einschließlich des BCa, überexprimiert sind. Unter Verwendung von small interfering RNAs (siRNAs), synthetischen Nukleinsäurekonstrukten zur selektiven Geninhibition, wurde im Rahmen der Arbeit in vitro und in vivo untersucht, ob die Hemmung der Apoptoseinhibitoren BCL2, BCL-XL, XIAP und Survivin – allein und in Kombination mit Chemotherapie – eine Therapieoption zur Behandlung des BCa darstellen könnte. Da zur Tumorentstehung und -progression eine Vielzahl von genetischen Veränderungen beitragen, erscheint der Angriff eines einzelnen Zielgens unzureichend für eine effektive Tumortherapie. Aufgrund dessen wurde untersucht, ob durch simultane Reduktion der ausgewählten Apoptoseinhibitoren in BCa-Zellen stärkere wachstumsinhibitorische Effekte erzielt werden können. In der vorliegenden Arbeit wurde gezeigt, dass insbesondere die siRNA-vermittelte Hemmung von BCL-XL und Survivin in den BCa-Zelllinien EJ28 und J82 antiproliferative Effekte hervorruft und diese Tumorzellen gegenüber einer nachgeschalteten Chemotherapie mit Mitomycin C oder Cisplatin sensitiviert. Hingegen bewirkte sowohl die transiente als auch die stabile RNAi-induzierte Hemmung von BCL2 und XIAP in den untersuchten BCa-Monolayerzellkulturen, möglicherweise infolge kontinuierlicher Versorgung der Tumorzellen mit Sauerstoff und Nährstoffen, keine Reduktion des Tumorwachstums. Eine gegenüber den Einzelbehandlungen deutliche Verstärkung der antitumoralen und insbesondere der chemosensitivierenden Effekte in den BCa-Zelllinien wurde durch simultane Hemmung von BCL-XL und Survivin erzielt. Beispielsweise stieg der Anteil apoptotischer Zellen von 64 % nach Survivin-siRNA+Cisplatin-Behandlung auf 94 % nach gleichzeitiger BCL-XL+Survivin-Inhibition in Kombination mit Cisplatin. Folglich stellt die simultane Inhibition von BCL-XL und Survivin in Kombination mit Chemotherapeutika eine äußert viel versprechende BCa-Therapieoption dar. Tierexperimentelle Studien belegen die wachstumsinhibitorische Wirkung der Survivin-Reduktion und der kombinierten BCL-XL-siRNA+Chemotherapie-Behandlung, so wurde das Tumorendvolumen im Vergleich zur Kontrollbehandlung um 43 % bzw. um 48 % reduziert.

Thesis (doctoral)--Universität, Leipzig, 2004. / Includes bibliographical references (p. 261-279).

This thesis explores the possibility of using parallel algorithms to calculate the dynamics of driven quantum systems prevalent in atomic physics. In this process, new as well as existing algorithms are considered. The thesis is split into three parts. In the first part an attempt is made to develop a new formalism of the time dependent Schroedinger equation (TDSE) in the hope that the new formalism could lead to a parallel algorithm. The TDSE is written as an eigenvalue problem, the ground state of which represents the solution to the original TDSE. Even though mathematically sound and correct, it turns out the ground state of this eigenvalue problem cannot be easily found numerically, rendering the original hope a false one. In the second part we borrow a Bayesian global optimisation method from the machine learning community in an effort to find the optimum conditions in different systems quicker than textbook optimisation algorithms. This algorithm is specifically designed to find the optimum of expensive functions, and is used in this thesis to 1. maximise the electron yield of hydrogen, 2. maximise the asymmetry in the photo-electron angular distribution of hydrogen, 3. maximise the higher harmonic generation yield within a certain frequency range, 4. generate short pulses via combining higher harmonics generated by hydrogen. In the last part, the phenomenon of dynamic interference (temporal equivalent of the double-slit experiment) is discussed. The necessary conditions are derived from first principles and it is shown where some of the previous analytical and numerical studies have gone wrong; it turns out the choice of gauge plays a crucial role. Furthermore, a number of different scenarios are presented where interference in the photo-electron spectrum is expected to occur.

Asymmetric positioning of the mitotic spindle in C. elegans embryos is mediated by force-generating complexes that are anchored at the plasma membrane and that pull on microtubules growing out from the spindle poles. Although asymmetric distribution of the force generators is thought to underlie asymmetric positioning of the spindle, the number and location of the force generators has not been well defined. In particular, it has not been possible to visualize individual force generating events at the cortex. We discovered that perturbation of the acto-myosin cortex leads to the formation of long membrane invaginations that are pulled from the plasma membrane toward the spindle poles. Several lines of evidence show that the invaginations, which also occur in unperturbed embryos though at lower frequency, are pulled by the same force generators responsible for spindle positioning. Thus, the invaginations serve as a tool to localize the sites of force generation at the cortex and allow us to estimate a lower limit on the number of cortical force generators within the cell.